778813321-01-Manual-Do-Curso-de-Termografia-Nivel-1-IMPORTANTE

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itc INFRARED TRAINING CENTER Thermografia Nível 1 Manual do Curso ublication No. 1560093_G-en_GB Infrared Training Center Av Antonio Bardella, 320 Sorocaba SP Brasil Tel. +55 15 3238 8070 www.infraredtraining.comNível 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Table of Contents por ITC Tabela de Conteúdo Capítulo 1. Sobre o Infrared Training Center Capítulo 2. Introdução à Termografia Infravermelha Capítulo 3. Introdução à Câmera Infravermelha Capítulo 4. Ciência Térmica Básica Capítulo 5. Transferência de calor básica Capítulo 6. espectro eletromagnético Capítulo 7. Troca de Energia de Radiação Capítulo 8. Interpretação de imagem térmica Capítulo 9. Técnicas de análise de imagem térmica Capítulo 10. Qualitativo e Quantitativo Capítulo 11. Técnicas de medição infravermelha Capítulo 12. Fórmulas Nível I ITC Capítulo 13. Diretrizes da Termografia Como Evitar Seu Fracasso Como Termografista Infravermelho Critérios comuns usadas pelas Empresas Públicas de Eletricidade Capítulo 14. Anexo Anexo 1. Glossário de Termos de Termografia Anexo 2. Tabela de Emissividade Anexo 3. Lista de Literatura Anexo 4 Como limpar suas lentes infravermelhasCapítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Sobre Infrared Training Center ITC foi feito para dar apoio ao termografista profissional, através do acesso às nossas instalações exclusivas e à nossa equipe de profissionais especializados. Apesar das câmeras infravermelhas e o software terem sido simplificados ao longo dos anos, ao mesmo tempo em que tiveram seu desempenho melhorado, o mundo real da física não mudou. Compensar problemas tais como a emissividade e vento na hora de interpretar com precisão as medições de temperatura sem contato, continua a desafiar até mesmo termografista mais experiente. Aqui no ITC, nós enfocamos a pesquisa no "mundo-real", na engenharia de aplicações e treinamento de clientes. Nossos centros de treinamento incluem laboratórios de aplicações, salas de conferências multimídia e instalações para laboratórios de computação. Trazemos desafios do campo para dentro de nossos laboratórios com workshops práticos simulados. Os cursos do ITC são interessantes, divertidos e práticos. Nós nos esforçamos para dar aos nossos alunos o que eles querem e precisam para realizar seu trabalho com sucesso. Damos a todos as boas vindas às nossas instalações e à visão exclusiva do infravermelho. ITC Juntamente com a publicação deste livro, introduzimos um novo padrão de qualidade para treinamento termográfico de Nível I. Nosso especial agradecimento ao Sr. Mikael Cronholm do ITC Internacional na Suécia, Sr. Gary Orlove do ITC USA, e Dr. Bernd Schönbach do ITC Alemanha. Sua contribuição no início deste projeto nos ajudou a identificar caminho apropriado. Juntos, eles formularam os objetivos do curso que servem de fundamento para o projeto de instrução e a metodologia deste material. Em particular, a Sr. Mikael Cronholm deve ser reconhecido como o autor deste curso de treinamento. Ele canalizou sua paixão pelo treinamento infravermelho para produzir, sem dúvida, mais conciso e completo material que jamais tivemos a satisfação de chamar de nosso próprio material. Cordialmente, O Infrared Training Center Estocolmo, SuéciaCapítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Sobre este manual O livro que você está segurando é manual do curso de treinamento em Curso de Formação de Termografistas Nível 1 do Infrared Training Center. Ele é uma parte do pacote do curso que todos os alunos recebem no Nível 1. Ele foi escrito de tal forma que pode ser lido como um livro normal, não como anotações de aula. A intenção é que você como leitor possa mesmo utilizá-lo por longo tempo após terminar o curso, talvez até como uma revisão para o curso de Nível 2 ou outro curso de treinamento dado pelo ITC. Os alunos mais interessados em nossos cursos de Nível 1, poderão certamente ler antecipadamente material planejado para as discussões do dia seguinte! Filosofia de Desenvolvimento pacote do curso que contém este manual foi criado usando um enfoque sistemático. Antes de escrever uma única palavra no manual, um conjunto de objetivos de aprendizagem foi desenvolvido, o qual define exatamente que o ITC espera que o aluno aprenda no curso de Nível 1. O projeto do curso se baseou na experiência coletiva do ITC no mundo inteiro para determinar o que o termografista de Nível 1 precisa saber. Se não for necessário, não devemos ensinar. Esses objetivos de aprendizado fazem parte do sistema de controle de qualidade ISO 9001 da FLIR Systems na Suécia e nos Estados Unidos da América. Eles controlaram cada passo do desenvolvimento do pacote do curso. material foi verificado para satisfazer os objetivos. Tudo o que está incluso nos objetivos deverá ser ensinado e qualquer coisa que não faça parte dos objetivos não deverá ser ensinado. Os objetivos guiaram cada etapa do curso e seu desenvolvimento, durante todo percurso até as questões dos exames. Durante o processo de desenvolvimento, todos os conceitos foram testados no campo nos locais de curso em todo o mundo. Pouco do conhecimento aqui contido é novo para o mundo. Os assuntos já foram ensinados a outros alunos antes, e o manual não é um documento científico que esboça nenhuma teoria nova ou descoberta. Mas ele é TODO NOVO! Não mantivemos nada do nosso material antigo jogamos todo ele fora e recomeçamos tudo do zero, como se diz popularmente. Quando partes do velho material se encaixavam no novo, nós lhes dávamos uma chance, pegávamos de volta do cesto de lixo e os recolocávamos de volta. Mas você não encontrará uma única sentença neste manual que vem de nenhum material usado. Nós só demos chance para os conceitos de ensinamento dos assuntos, não os textos em si. Este não é um produto do tipo "cortar e colar" de forma alguma.Capítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Como aprender com uso deste manual Este são alguns elementos que ajudarão a guiar seus estudos: Primeiro As apresentações em classe e este livro poderão ser seguidos juntos. Se você mantiver seu manual aberto durante as apresentações, não precisará folhear o livro para frente e para trás. As anotações serão feitas como você pessoalmente preferir, e não uma necessidade forçada. Todos os cabeçalhos na apresentação terão uma nota de cabeçalho ou margem correspondente. Nota de Margem No livro, para facilitar a sua tarefa de procurar no livro o que o instrutor estiver discutindo no momento. Todas as ilustrações importantes serão as mesmas nas apresentações e no livro. Segundo Há um conjunto de objetivos de aprendizagem no início de cada lição. No final de cada lição, haverá algumas questões pertencentes ao conteúdo dessa lição. Você poderá tentar resolvê-las em classe, ou utilizar as questões como parte de sua própria revisão. Terceiro Você encontrará freqüentemente declarações escritas neste estilo. Seu instrutor e a equipe do ITC farão todo possível para tornar seu curso de treinamento uma experiência de aprendizado agradável. Isso significa que é uma declaração particularmente importante. Pode ter o caráter de um axioma, ou uma regra científica que é importante lembrar, ou uma expressão verbal de uma fórmula. Tire vantagem deles, certificando-se de que você entendeu o que eles querem dizer e lembre-se deles. Não apenas palavra por palavra, mas seu verdadeiro significado é claro. Quarto Você verá que as fórmulas são numeradas e escritas dentro de uma caixa cinza, tanto nas apresentações como no livro. Na seção de referência, há uma lista completa de fórmulas e uma breve explicação de cada uma delas, com suas condições de validade, e o como e o porquê são utilizadas. Todas as fórmulas e equações são verbalmente explicadas também, por isso se você não estiver familiarizado com expressões matemáticas, deverá se sair bem do mesmo jeito. Para algumas pessoas elas são simplificadas, para outra não, então nós incluímos ambas as formas.Capítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Unidades e idiomas Este manual existe em uma versão Métrica e uma Americana em termos de unidades de medida usadas. Haverá também várias versões em outros idiomas. É possível que você esteja lendo este manual em um idioma diferente do seu, por isso verifique se não há nenhuma versão na sua própria língua que lhe possa ser mais útil.Capítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Sobre Certificado Todos os alunos que fazem curso de treinamento em Termografia de Nível 1 no ITC são considerados aptos pelo ITC, tendo o direito ao certificado de Nível 1. Quando todos os requisitos forem satisfeitos, Um Termografista Qualificado pelo ITC receberá um certificado e um cartão do tamanho de um cartão de crédito como prova do seu nível de qualificação. Os requisitos estabelecidos pelo ITC para obtenção do certificado são os seguintes: Participação no curso de treinamento Passar no exame escrito, incluindo interpretação de termograma. Participação significa que aluno deverá estar presente e ter participação ativa durante todo curso de treinamento. Pequenas interrupções são aceitáveis, mas considera-se que o aluno tenha estado presente no local durante as sessões de treinamento. A ausência por mais de duas horas desqualificará aluno automaticamente para obtenção do Certificado. Re-certificação Os certificados emitidos pelo ITC são válidos por um período de 5 anos. Para obter re- certificação por mais 5 anos, aluno deverá demonstrar contínua educação, ou contribuição profissional para, campo da termografia. Há duas maneiras de estender o seu certificado do ITC por mais 5 anos Assistir a uma aula de certificação em termografia no ITC equivalente ao seu nível ou superior, ou participar de um curso apropriado de re-certificação. Mostrar provas do emprego contínuo da termografia com esforços de continuar seu conhecimento e educação termográficos. Uma forma de se inscrever para a Re-certificação está disponível através do site ITC@flir.seCapítulo 1 itc INFRARED TRAINING CENTER Sobre Infrared Training Center Informações sobre a parte prática do exame. Os passos finais para obtenção do seu Certificado do ITC! Antes de certificarmos você como um termografista, queremos verificar se você está apto a tirar conclusões relevantes das imagens infravermelhas. teste final termina com uma folha mostrando três imagens, cada uma com três afirmações sobre elas. Para cada imagem, você escolherá uma das afirmações como sendo a correta, julgando a partir das imagens e dos fatos apresentados sobre o objeto mostrado.Capítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Introdução à termografia infravermelha Introdução à termografia ifravermelha 1 Introdução à termografia ifravermelha 2 Objetivos da Lição 2 Por que a temperatura é importante? 3 que torna a termografia tão útil? 3 A termografia se estende a muitas áreas de estudo 4 Definição de termografia infravermelha 5 Aplicações 6 Manutenção Baseada nas Condições 6 Pesquisa e Desenvolvimento 7 Médica e veterinária 7 Controle de qualidade e monitoramento de processo 7 Testes não destrutivos 7 Questões 8Capítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Introdução à termografia ifravermelha que é termografia e como podemos usá-la? Uma introdução à tecnologia e algumas aplicações importantes para ela. Você está para entrar no fascinante mundo da termografia infravermelha. Este capítulo lhe dará uma introdução sobre o que é a termografia e para o que ela pode ser utilizada. Objetivos da Lição Conhecimento (Know how) para definir a termografia infravermelha. Entender os subtópicos que compõem a termografia infravermelha. Entender a importância da temperatura como parâmetro de controle. Entender o que torna a termografia única e útil. Ser capaz de se lembrar de alguns exemplos de aplicações para termografia industrial.Capítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Por que a temperatura é importante? A temperatura é uma variável virtualmente essencial para qualquer situação e para qualquer processo. Essas são palavras muito fortes, mas podem ser justificadas. Aqui estão alguns exemplos. Se houver um mínimo desvio da temperatura normal do corpo, ficaremos doentes! Se assarmos um bolo em temperatura muito elevada, ele ficará queimado. Esses são apenas dois exemplos corriqueiros do nosso dia-a-dia. Na indústria, temos vários exemplos também. Pegue a fundição por exemplo. A idéia geral do processo é elevar a temperatura do material até ele se fundir, depois remoldá-lo, e então abaixar a temperatura de volta até que ele fique sólido de novo, e você obtenha o produto. A destilação, do mesmo jeito que em uma planta petroquímica, é baseada em diferentes temperaturas de ebulição e condensação dos diferentes componentes do óleo bruto. Usando este princípio, as frações diferentes podem ser separadas. Provavelmente você mesmo poderá se lembrar de muitos exemplos de imediato. Mas aqui está o grande desafio: tentar se lembrar de UM processo no qual a temperatura não seja importante! A temperatura é simplesmente crucial, e ter controle sobre ela significa maior qualidade, melhor segurança, e dinheiro poupado. que torna a termografia tão útil? Há três coisas que tornam a termografia infravermelha tão exclusivamente útil. Ela não precisa de contato utiliza sensor remoto Isso tem muitas vantagens, e duas delas merecem ser especialmente mencionadas. Primeiramente, mantém o usuário longe do perigo. Um exemplo onde isso é importante são as aplicações em manutenção elétrica componentes ligados simplesmente não podem ser tocados. E se eles não estiverem carregando corrente, não haverá aumento de temperatura para ser medido. A distância e a acessibilidade são outros problemas que podemos superar, assim como medições de alvos rotativos ou móveis. Em segundo lugar, a termografia não interfere ou afeta o alvo de forma alguma. Nós somente olhamos para as radiações naturalmente emitidas que estão ali, quer as vejamos ou não. Esta é uma condição importante para muitas aplicações. Ela apresenta duas dimensões Uma imagem permite a visualização do alvo em duas dimensões (vemos a superfície externa do mesmo). Com uma imagem, podemos descobrir onde estão os problemas, ouCapítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC ver quais pontos são de especial interesse. Não precisamos saber com antecedência exatamente onde a medição deverá ser feita; podemos decidir isso usando a imagem. Uma comparação entre as áreas do alvo é possível: podemos medir a temperatura em dois pontos ou em uma centena de pontos na mesma imagem, e compará-las. A análise dos padrões térmicos não pode ser realizada sem uma imagem. A termografia visualiza padrões térmicos de forma que a análise possa ser feita. Ela é feita em tempo real A obtenção de imagens em tempo real nos permite efetuar varreduras muito rápidas de alvos estacionários. Imagine se a termografia usasse filme fotográfico e tivéssemos que esperar dias pelo resultado. Muitas situações de perigo seriam descobertas tarde demais! Mesmo tendo que esperar a imagem ser mostrada em câmeras infravermelhas mais lentas que exibem uma imagem parada do alvo torna o trabalho muito mais tedioso. Estamos trabalhando com a velocidade da luz! Nenhum alvo pode escapar da sua própria radiação, e com os instrumentos mais sofisticados de hoje, alvos que se movem muito rapidamente podem ser capturados. As medições de temperatura feitas com elementos de contato sempre envolvem uma certa inércia, o que faz com que eles reajam após um certo intervalo. caráter de tempo real da termografia infravermelha nos permite capturar mudanças rápidas nos padrões térmicos, sem alterar a forma com que esses padrões mudam. A termografia se estende a muitas áreas de estudo... A termografia é uma tecnologia incrivelmente diversa que requer conhecimento e habilidade em uma grande variedade de estudos diferentes. Simplesmente saber como obter imagens térmicas não ajuda muito. A pessoa deve ser capaz de analisar a imagem e entender as conseqüências do que você está vendo. Isso significa entender os seguintes campos de estudo. Análises- técnicas Ciência da Radiação Manuseio da Câmera TIV Rotinas de Ciência térmica inspeção e relatórios Aplicações Figura 2:1. As várias disciplinas que compõem a termografiaCapítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Neste livro, cobriremos as áreas descritas na figura acima, algumas mais por completo do que outras. Com trabalho de campo e experiência, você aprenderá mais. Uma imagem infravermelha Para aqueles que talvez nunca tenham visto uma imagem infravermelha antes, aqui vai uma rápida explicação para ajudá-lo a entender do que se trata. 12,5°C 10 5 0 -3,3°C Figura 2:2. Imagem térmica de um automóvel As áreas mais escuras são aquelas que irradiam menos radiação térmica, e geralmente significa que essas áreas do alvo são as mais frias. Mais brilhantes significa o contrário mais radiação, e um alvo mais quente. O que essa imagem nos revela? Bem, na verdade podemos descobrir muita coisa sobre alvo que uma imagem visual não pode nos dizer. Parece que os faróis estão acesos, ou acabaram de ser apagados. carro provavelmente foi usado há pouco tempo, porque as rodas estão mais quentes do que o resto do carro. padrão no pára-brisa nos diz que o desembaçador está ligado, e também como é a homogeneidade da distribuição do calor. motor está funcionando ou acabou de ser desligado porque o radiador está quente atrás da grade. Uma das poucas coisas que não podemos dizer com base nesta imagem é a cor visual do carro! Definição de termografia infravermelha A termografia infravermelha é a ciência de aquisição e análise de informações térmicas a partir de dispositivos de obtenção de imagens térmicas sem contato. Termografia significa "escrever com calor", do mesmo jeito que fotografia significa "escrever com luz". A figura que é gerada é chamada de termograma ou imagem térmica.Capítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC "Infravermelho" é que a torna sem contato há maneiras de se criar imagens térmicas com métodos de contato também, mas nós não nos preocuparemos com eles neste livro. A palavra "ciência" não deve nos assustar. Quase tudo de nossa vida diária pode ser estendido à ciência se for além do conhecimento comum. No nosso caso, precisaremos saber como tirar termogramas e analisá-los. Isso inclui a operação do instrumento e entendimento sobre o calor, a temperatura, e a transferência de calor que fazem parte da seção de teoria deste livro. Nossas câmeras são dispositivos para obtenção de imagens térmicas sem contato. É possível medir a temperatura com radiação infravermelha sem criar uma imagem, mas isso não é termográfica. Aplicações Tendo em mente a importância da temperatura e a grande versatilidade e utilidade da termografia, não é de se surpreender que as aplicações que foram descobertas ao longo dos anos são inúmeras e as mais variadas. Este manual não pretende ser um manual principalmente de aplicações, mas mais para aprendizado da termografia em geral. Porém isso não significa que evitaremos as aplicações! Você verá vários exemplos do mundo real ao longo deste livro, especialmente das aplicações mais comuns em Monitoramento de Condições, como elétrico, de construção, e de processos. Manutenção Baseada nas Condições A termografia infravermelha é usada para Monitoramento de Condições (MC), otimizar a manutenção e manter a produção funcionando bem e em segurança, ao mínimo custo possível. Monitoramento de Condições Estes são exemplos de aplicações de MC. Elétrico Construção Fornos e caldeiras Mecânico, fricção Tanques e recipientes Problemas de fluxo de fluidosCapítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Pesquisa e Desenvolvimento Para a pesquisa científica e desenvolvimento de produtos, a termografia oferece possibilidades exclusivas. Na pesquisa, suas aplicações são infindáveis. No desen- volvimento de produtos, um exemplo importante é da verificação de projeto. Médica e veterinária A não invasividade torna a termografia muito útil e completamente inofensiva para aplicações médicas. Um animal não pode dizer para nós onde dói, então para veterinário, a termografia é uma ferramenta valiosa. Controle de qualidade e monitoramento de processo As câmeras infravermelhas estão se tornando rapidamente cada vez mais comuns nas fábricas, para controle de qualidade e medições contínuas de temperatura no processo de produção. Testes não destrutivos A radiação térmica sempre é emitida a partir da superfície, mas com um pouco de imaginação e experiência em termografia, podemos mesmo localizar falhas debaixo da superfície.Capítulo 2 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à termografia por ITC Questões 1. Defina a termografia infravermelha usando suas próprias palavras! 2. Cite duas situações em que a temperatura seja importante 3. Cite três características que tornam a termografia infravermelha especialmente útil. 4. Dê dois (ou mais) dos subtópicos pertencentes à termografia infravermelha! 5. Dê três (ou mais) exemplos de aplicações para a termografia infravermelha!Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Introdução à Câmera Infravermelha Introdução às Câmeras Infravermelhas 1 Introdução às Câmeras Infravermelhas 2 Objetivos da Lição 2 Controlando a imagem 3 Faixa de Temperatura 3 Nível e Amplitude 4 Funções de Medida 5 Capturando uma imagem 6 As "Três Grandes" 6 Faixa de Temperatura 6 Foco Óptico 7 Composição da Imagem 7 Dispositivos de Armazenamento 7 Dicas práticas 7 Questões 9 Anotações dos Alunos 10Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Introdução às Câmeras Infravermelhas Como se opera uma câmera infravermelha. As funções básicas. A operação das câmeras infravermelhas é uma habilidade que requer prática para ser aprendida, exatamente como tudo em geral. Este capítulo tratará da operação geral da câmera, e seu propósito é dar a você sugestões que facilitarão seu trabalho, mas também ajudarão você a não cometer erros potencialmente desastrosos. Os sistemas infravermelhos são diferentes, e o desenvolvimento é rápido, razão pela qual os botões reais e controles são deixados de lado neste capítulo. Ao invés disso, nós concentramos no que é comum aos sistemas infravermelhos. Como suplemento da literatura do curso, você receberá um guia da câmera que cobre aspectos específicos do equipamento. Favor notar que os objetivos do aprendizado para a lição ligados a este capítulo ainda incluem a operação da câmera na prática, conforme é declarado abaixo. Objetivos da Lição Inserir bateria e unidade de memória Ligar-Desligar Ajustando o foco do visor (viewfinder) Foco óptico do alvo Auto ajuste de imagens Operações do sistema de menu em geral Ajuste manual de imagens (nível (level) / amplitude (span) Controlando funções de medida Congelando e salvando imagensCapítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Controlando a imagem Os nomes e a forma como os controles são operados pode ser diferente, mas o princípio de operação é sempre mesmo. A terminologia mais recente é usada aqui. Faixa de Temperatura +120°C Amplitude Nível -40°C Figura 3:1. A imagem é controlada selecionando-se a Faixa de Temperatura, e ajustando Nível e a Amplitude Faixa de Temperatura A faixa de temperatura é um ajuste básico. A maioria dos instrumentos tem de 1 a 3 faixas de temperatura. A faixa é ajuste acima e abaixo da qual a temperatura não pode ser medida. Quanto menos e mais largas as faixas, mais fácil será operar o instrumento e usá- lo. A faixa de temperatura pode ser tecnicamente obtida de algumas formas diferentes, algumas vezes combinadas. A necessidade de ter as faixas de temperatura é a mesma que as câmeras normais de fotografia à luz do dia e suas aberturas. Precisamos limitar a radiação que chega ao detector, caso contrário ele ficará saturado sobrecarregado de energia. As aberturas são usadas em muitos sistemas mais antigos, e eles são geralmente controlados com uma chave mecânica ou botão. O segundo método é o de colocar um filtro no caminho da radiação, que limita a radiação que chega ao detector exatamente como os óculos de sol. terceiro método é de limitar eletronicamente a sensibilidade do detector. Se escolhêssemos exibir as cores da paleta de imagens em toda a faixa deCapítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC temperaturas, somente umas poucas cores corresponderiam de verdade às temperaturas na imagem. Normalmente acabaríamos com uma imagem muito imprecisa. Você pode tentar isso com a sua câmera. Ajuste uma amplitude da faixa bastante larga, e varie o nível até a imagem aparecer, e então observe resultado. Nível e Amplitude "Amplitude" é a parte dentro da faixa de temperaturas que nós usamos na imagem. Uma outra forma de pensar na amplitude é em termos de "contraste Podemos tornar a amplitude mais larga ou mais estreita. A maioria dos sistemas exibem 256 cores. Isso tem razões técnicas, assim como práticas. Nossos olhos não são capazes de enxergar a diferença entre mais cores em uma mesma imagem, e os visores geralmente são incapazes de exibir mais do que isso. Então se, por exemplo, nossa amplitude for ajustada para 50 graus, as cores seriam espalhadas dentro dessa faixa de temperatura. Mas essa amplitude seria entre 0-50, ou 25-75, ou 50-100? Se for entre 50-100, e estivermos assistindo a uma cena na temperatura ambiente, nenhuma imagem será exibida. Todas as temperaturas "abaixo de 50" na nossa imagem aparecerão com a cor preta! 139,2°C 100 Level Span 50 0 -6,7°C Figura 3:2. Nível e Amplitude "Nível" é o ponto intermediário da amplitude. Outra forma de pensar no nível é em termos de "brilho A solução para problema apresentado acima é mover nossa amplitude de 50 graus para baixo na escala, a fim de fazer com que as cores cubram a cena na temperatura ambiente à qual estamos assistindo. Quando fazemos isso, podemosCapítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC descobrir que não estamos usando todas as cores da escala. Podemos fazer ajuste de precisão nela mais tarde. Há mais ou menos 20 anos que os instrumentos vêm incorporados com uma função de Auto Ajuste (Autoadjust), que nos fornece um ajuste grosseiro do Nível e da Amplitude da imagem, de forma a evitar ter que ficar procurando ajuste por muito tempo. Essas funções geralmente não são suficientes se você quiser analisar a imagem apropriadamente, então você deverá ser capaz de operar os controles de nível e amplitude. Como usar as funções para análise de imagens será descrito nos capítulos posteriores, juntamente com outros métodos. Por agora, você deverá ter certeza de que sabe como operar a câmera na prática e o que as funções fazem em princípio.Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Funções de Medida FLIR ThermaCAM Iso 38.1 49,4 24.5 Joystick: Isotemp C: Remove Figura 3:3. A isoterma substitui certas cores na escala com uma contrastante. As câmeras modernas oferecem muitas funções de uso para a medição de temperaturas. A mais antiga é a isoterma. A isoterma não teria sobrevivido por muito tempo se não fosse tão boa. Ela ainda é uma função muito versátil e útil, como você terá oportunidade de ver mais tarde no curso. FLIR ThermaCAM Spot 30.6 31.7 25.0 Joystick: Spot pos C: Remove Figura 3:4. medidor pontual é uma função simples e conveniente A segunda invenção, historicamente falando, é provavelmente medidor pontual. Ela é uma função muito popular devido à sua simplicidade. Funções de área, que podem mostrar a temperatura mais quente, mais fria, ou média em uma área, também são muito úteis.Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC FLIR ThermaCAM 53.6 23.9 Joystick: Area pos C: Remove Figura 3:5. Nesta imagem, a função de área foi ajustada para mostrar a temperatura máxima na caixa. Quando praticar com a sua câmera, você deverá se familiarizar com as funções que estão disponíveis nela, e praticar como operá-las. Capturando uma imagem A captura de uma imagem é feita através do congelamento e armazenamento da mesma, ou ambos, em ordem consecutiva. Certamente, para relatório, a imagem deverá primeiramente ser armazenada na câmera, de forma que ela possa ser transferida para um computador e criar um arquivo de relatório para cópia impressa. As "Três Grandes" Há algumas poucas regras que são gerais, independente de qual câmera você esteja usando. Três coisas nunca podem ser alteradas depois de congelar e salvar a imagem: Faixa de Temperatura Foco Óptico Composição da Imagem (Em algumas câmeras, também há a limitação na alteração do nível e da amplitude depois da imagem ser salva)Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Você deverá se certificar de que esses fatores estão certos, caso contrário você terá resultados insatisfatórios (ou nenhum !), ou terá que voltar para campo e capturar outras imagens. Faixa de Temperatura Nós explicamos antes que significa a faixa de temperatura, e como com qualquer outro tipo de aparelho de medida, você terá que ajustar uma faixa que inclua a temperatura que você deseja medir. Também é verdade, para a maioria dos aparelhos que se você ajustar uma faixa muito mais larga do que necessário, sua medida perderá precisão. Em outras palavras, você não pode esperar ler milivolts se seu medidor estiver ajustado para medir kilovolts. Foco Óptico foco óptico é importante, não apenas porque uma imagem indevidamente focada refletirá muito mal no termógrafo ela dá um aspecto muito pouco profissional. Seu relatório é geralmente a única parte do seu trabalho que os outros vêem, pois é aí que eles criam uma imagem do seu trabalho. Mas isso não pára aí, a verdade é que a precisão de suas medidas também é afetada pelo seu foco. Imagens mal focadas fornecerão medidas erradas de temperatura! Composição da Imagem A composição da imagem contém muitas partes. Ela lida com a forma em que você apresenta o seu alvo na imagem. Você não deseja colocar o seu alvo muito longe e no canto da imagem. E nem deverá se aproximar muito, de forma que as informações importantes possam ser cortadas. erro mais comum que os iniciantes cometem é permanecer muito longe do alvo. aviso geral é chegar MAIS PERTO! Sim, mantenha uma distância SEGURA! Muitas vezes, entretanto, nós vemos imagens onde o campo de visão da câmera foi sub-utilizado. E, do mesmo jeito que com foco, a composição de imagens não é simplesmente uma questão de obter imagens do alvo. Advinhe! Se você estiver longe demais do seu alvo (isto é, o alvo for pequeno demais na imagem) você não poderá medir a temperatura apropriadamente! Exatamente como isso funciona será tratado mais adiante no curso. Dispositivos de Armazenamento As fotografias Polaroid de antigamente são algo que felizmente não temos com que lidar mais. Hoje em dia nós armazenamos as imagens em formato digital em discos flexíveis, placas de PC, cartões de memórias flash. Algumas câmeras têm apenas uma ligação direta com o PC através de um cabo de conexão USB. Familiarize-se com dispositivo de armazenamento que sua câmera usa, e certifique-se de que ele esteja com você quandoCapítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC deixar seu escritório. Na verdade seria bom você ter um guardado no estojo da sua câmera para casos de emergência... Dicas práticas Em resumo, sugerimos as duas coisas seguintes. Mantenha a sua tela limpa! Congele antes de analisar! Mantenha a imagem da sua câmera mais limpo possível no momento de observar um alvo ao vivo. Mantenha o mínimo número de funções de medida ativas, ou até mesmo nenhuma se puder. A maior parte do tempo que você gasta no campo é usada para detectar possíveis problemas, ou anomalias. Conforme será visto adiante neste curso, esta tarefa não envolve medição de temperatura. É por este motivo que você deverá manter um mínimo de funções ativadas na imagem. Outra coisa que tende a atrapalhar a sua tela são os menus. Mantenha o mínimo número de menus ativos se eles ocuparem algum espaço da sua imagem. Você poderá obter a informação sempre que precisar dela, o que é menos freqüente do que você imagina. Congele e/ou armazene a imagem antes de analisá-las. Uma imagem congelada normalmente é preferida para análise, a menos que obviamente você esteja olhando para um evento que varia com o tempo, e que esta variação seja exatamente o que você deseja analisar. Você poderá sair das áreas perigosas ou desconfortáveis se focalizar e congelar a imagem rapidamente. Uma imagem parada é calma e constante, e muito mais fácil de analisar. Você poderá usar todas as funções de análise da câmera, sem ter que se preocupar em apontar a câmera exatamente para o seu alvo. É a imagem congelada que aparecerá no seu relatório mais tarde, por isso tenha calma e estude a imagem no modo de congelamento antes de salvá-la, e decida se é ela que você manter. Se não for, descongele a imagem e tire uma outra! Trabalhar deste modo tira uma boa parte do stress do seu trabalho. Regra de Ouro: Chegue mais próximo possível do seu alvo com segurança quando for capturar elementos importantes da imagem.Capítulo 3 itc INFRARED TRAINING CENTER Introdução à Câmera Infravermelha por ITC Questões 1. Quais são as três coisas que não poderão ser alteradas depois da captura de uma imagem? 2. que você normalmente preferiria analisar, uma imagem ao vivo ou congelada? 3. Qual é a primeira coisa que você focaliza quando pega uma câmera? 4. que significam Nível e Amplitude? 5. que a câmera executará se você usar o botão de Auto ajuste? 6. Quantas faixas de temperatura a SUA câmera possui? 7. Faça uma verificação para se certificar de que você está capacitado a executar as coisas descritas em "Objetivos da lição"Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Ciência Térmica Básica Ciência Térmica Básica 1 Ciência Térmica Básica 2 Objetivos da Lição 2 Calor e temperatura 3 Moléculas em movimento 3 Calor 3 Temperatura 4 Unidades de medida de temperatura 5 Temperatura do zero absoluto 5 Escalas de temperatura absoluta 6 Escalas relativas de temperatura 6 Leis da ciência térmica 7 Questões 10 Anotações dos Alunos 12Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Ciência Térmica Básica Conceitos sobre temperatura, calor, e transferência de calor. Neste capítulo aprenderemos algumas importantes definições. A temperatura e o calor são conceitos freqüentemente mal interpretados, e nós geralmente de modo errado! - usamos os termos trocados. Para evitar confusões posteriores no curso, e talvez também em suas carreiras como termografistas, tentaremos ser o mais exato e claro possível em nossas definições. Objetivos da Lição Saber a diferença entre calor e temperatura Entender a diferença entre escalas de temperatura absoluta e relativa Saber como converter temperaturas entre diferentes escalas Entender o conceito de conservação de energia Entender o conceito de direção de fluxo de calorCapítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Calor e temperatura Moléculas em movimento Para poder entender a temperatura e o calor, nós temos que olhar as moléculas que são os blocos básicos de construção de toda a matéria. As moléculas em uma substância sempre se moverão, mais ou menos. Figura 4:1. Quanto mais quentes estiverem as moléculas, mais rápido elas se movimentarão! Moléculas mais quentes se movem mais rapidamente, e moléculas mais frias se movem mais devagar. Para uma dada substância, a velocidade das moléculas corresponderá a um nível de temperatura. A substância também conterá uma certa quantidade de calor. Vamos investigar esses fatores se interrelacionam entre si. Calor Aqui vai a definição de calor: A quantidade de calor em um objeto é a energia cinética total das moléculas que compõem. Calor é uma forma de energia Há muitas outras formas de energia. No nosso dia-a-dia lidamos com a energia química da comida que ingerimos. A energia elétrica alimenta muitos aparelhos domésticos e máquinas que usamos. calor é criado por conversão de outras formas de energia, porCapítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC exemplo, combustíveis através da combustão, ou pelo movimento e fricção. Quando queimamos um pedaço de lenha, haverá uma reação química envolvendo a matéria combustível da lenha e o oxigênio do ar. Este processo liberará calor. De fato, a maioria dos processos na indústria e em nossa vida cotidiana que envolvem conversão de energia eventualmente acabarão dando como produto final calor. Um objeto pode conter calor, ou energia térmica. Calor ou energia é medido em unidades SI: joule (J) watt-segundo (Ws), ou kilowatt-hora (kWh) newton-metro (Nm) Temperatura Temperatura vs. calor Os conceitos de temperatura e calor às vezes são difíceis de separar. às vezes chegamos até pensar que são a mesma coisa, porque estão muito estreitamente relacionados entre si. Mas há uma diferença fundamental, que tentaremos ilustrar aqui. + = 100°C 100°C 100°C + = 100 J 100 J 200 J Figura 4:2. A temperatura é relativa, mas calor não é! Se pegarmos dois objetos, ambos a 100°C e contendo 100 joules cada, e juntarmos um com outro, a temperatura do conjunto obviamente não será duas vezes maior! Entretanto, no conjunto haverá duas vezes mais energia do que quando estavam separados.Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Definição de temperatura Temperatura é a medida da velocidade média das moléculas e átomos que compõem a substância. A temperatura descreve a condição na qual objeto se encontra. Devemos pensar em temperatura como um nível em uma escala. Vamos comparar duas pilhas de maçãs e usar a temperatura para descrever a altura das pilhas e calor para descrever o número de maçãs ou a largura das pilhas. simples fato de uma pilha conter muitas maçãs não implica necessariamente que ela seja alta. Temperatura não é uma forma de energia. Se fosse, por que usaríamos unidades diferentes? Temperatura e energia estão relacionadas, mas elas não são a mesma coisa. A temperatura de um objeto (geralmente) subirá e cairá à medida que a energia térmica crescer e diminuir, portanto a temperatura será uma conseqüência de haver mais ou menos energia. Mas a temperatura não nos diz quanta energia está armazenada em um objeto, mas somente qual a altura da pilha! E quanto mais alta for a pilha, mais fácil será para ela cair. A temperatura de um objeto nos dirá qual a facilidade com que ele perderá calor para outros objetos, e isso não está relacionado com a quantidade de energia que ele contém. Uma xícara de água fervendo contém menos energia do que uma banheira de água morna, mas derramada dentro da banheira, a xícara ainda cederá energia para a banheira! A temperatura é medida em kelvin (K), ou graus Celsius (°C). Quando falamos em energia térmica, devemos dizer que quando uma substância é congelada ou derretida, energia é retirada ou adicionada ao objeto, sem que haja uma mudança de temperatura. Isso é chamado de "calor latente", e será assunto para o Nível 2. Unidades de medida de temperatura Há muitas unidades para temperatura. Usaremos duas dela neste manual, uma escala absoluta e outra relativa. Temperatura do zero absoluto Qual a temperatura mais baixa que pode haver? Será que existe algum limite de baixa temperatura? Sim, há! Qual seria a temperatura mais fria que conseguimos imaginar? O zero absoluto!Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Se considerarmos o fato de que a temperatura está relacionada com movimento das moléculas, mínimo movimento molecular que conseguiríamos imaginar é quando as moléculas estivessem completamente paradas. Quando atingirmos este nível de parada total das moléculas, não conseguiríamos mais do que isso, certo? Então, a temperatura do zero absoluto é ponto teórico no qual as moléculas se encontram completamente paradas. Dizemos teórico, porque esta temperatura não ocorre naturalmente, nem mesmo nos confins do espaço cósmico, onde temos os pontos naturais mais gelados do universo (2.7 K). Usando o fato de que a relação entre temperatura e pressão nos gases é linear, por extrapolação, já foi provado que existe um ponto onde as moléculas estariam completamente paradas. Este ponto pode até ser calculado, apesar de nunca ter sido atingido. Escalas de temperatura absoluta O zero absoluto é ponto lógico de partida para as escalas de temperatura absoluta, e assim é que elas são definidas elas começam no zero absoluto. A escala kelvin é o padrão mundial, a unidade é o kelvin, (K). Existem outras escalas absolutas de temperatura, mas nós usaremos a escala kelvin. Escalas relativas de temperatura Estritamente falando, se fizermos uma fita métrica, não faria sentido colocar a marca zero dela em qualquer outro lugar que não fosse a uma das extremidades. Do mesmo modo, isso é exatamente o que fazemos com as escalas relativas de temperatura. Numa escala relativa de temperatura, é usado um ponto zero diferente do zero absoluto, por exemplo, a temperatura de fusão do gelo de água doce, ou de água salgada. O ponto de referência precisa ser escolhido de forma que seja facilmente reproduzido, e não seja afetado por fatores externos, como a pressão do ar ou a altitude. As razões para pegar um ponto de referência particular podem estar relacionadas à ciência com a qual o inventor estava envolvido. A escala de temperatura relativa mais comum é a escala Celsius. A unidade é grau Celsius, (°C). Observação: No sistema de medidas americano/inglês, a escala de temperatura relativa comum é a de graus Fahrenheit.Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC As escalas de temperatura relativa são convenientemente adaptadas para o uso diário expressar a temperatura ambiente em kelvin não seria muito prático; teríamos que dizer duzentos e noventa e três ao invés de vinte. Comparando as escalas de temperatura As escalas Celsius e kelvin têm diferentes pontos zero, mas mesmo tamanho doe incrementos, isto é, um grau Celsius é mesmo que um kelvin (1C° = = 1K). (Apenas como observação, a escala Fahrenheit tem um incremento diferente de ambas as escalas Celsius e Kelvin). Converter uma temperatura expressa em kelvin para celsius, ou vice versa, é muito simples. Tudo o que você tem que fazer é acrescentar ou subtrair 273, de acordo com a figura abaixo, e você obterão a temperatura aproximada na outra escala. 100 °C 373 K Água ferve (212°F) °C 273 K Água congela (32°F) -273 °C OK Absoluto (-459°F) Celsius Kelvin Figura 4:3. Conversão da temperatura em Celsius e kelvin Como podemos ver, Celsius e kelvin são facilmente conversíveis entre si, porque tamanho das graduações nas duas escalas é igual. Converter para, por exemplo, Fahrenheit (°F) será um pouco mais complicado, uma vez que a escala tem pontos de referência diferentes da escala Celsius. Uma comparação entre diferentes unidades de temperatura pode ser encontrada na seção de referência, juntamente com fórmulas de conversão e tabelas. Leis da ciência térmica Conhecer a ciência térmica é importante para entender a transferência de calor, que por sua vez é absolutamente crucial para termografista. A ciência térmica descreve comportamento do calor, e por isso também estabelece algumas leis rigorosas para esteCapítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC comportamento. Há muitas dessas leis que podem ser formuladas em termos acadêmicos, mas simplificaremos assunto e nos concentraremos em apenas duas delas. Chamamos estas duas leis de "Lei da conservação de energia", e "Lei da direção de fluxo do calor".Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Lei da conservação de energia A primeira lei da ciência térmica que será aprendida diz o seguinte: A soma da energia total contida em um sistema é constante. Esta lei é normalmente referida como princípio da energia, que é uma outra maneira de dizer a mesma coisa. A energia não pode ser criada nem destruída; somente convertida de uma forma para outra. Na realidade, não existe aquilo que podemos chamar de sistema fechado. Se tivermos a lei da conservação de energia em mente, entretanto, entenderemos mais facilmente os sistemas que não são fechados. Se a energia não pode ser criada nem destruída, toda a energia que é colocada em um sistema deverá ser contabilizada de algum modo. Energia em um "sistema fechado" Para ilustrar a primeira lei da termodinâmica, podemos fazer o seguinte experimento. F m m g h m Figura 4:4 Conservação da energia Sabemos da mecânica que a energia potencial é a massa vezes a gravidade vezes a altura. Se representarmos o ponto zero do nosso sistema por uma linha na extremidade inferior, poderemos calcular a energia potencial usando essa fórmula. O objeto é mantido no local por uma força que é igual à gravidade, chamada F na figura. Quando soltarmos objeto, isto é, a força F desaparecerá, a energia potencial se transformará em energiaCapítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC cinética, ou melhor, em energia de movimento (que poderá ser calculada como massa vezes velocidade ao quadrado sobre dois). Logo antes do objeto alcançar o nível zero, toda a energia potencial terá sido convertida em cinética. E aí? Sabemos que o objeto sofrerá uma parada brusca, que significa que a energia cinética terá que ser convertida em outra coisa. Neste caso, será convertida em calor e som. E eventualmente o som também será convertido em calor. E o ponto principal é, nenhuma energia é perdida, ou desaparece. Lei da direção de fluxo do calor A segunda lei da ciência térmica que será aprendida diz o seguinte: calor irá fluir espontaneamente do mais quente para mais frio, consequentemente transferindo calor de um corpo ou lugar para outro. Note que se diz calor que irá fluir. Não é algo opcional! Se tivermos uma diferença de temperatura entre dois pontos, também haverá fluxo de calor. A diferença de temperatura é a força de acionamento do fluxo de calor. Lembre-se do que dissemos antes; a temperatura nos diz com que facilidade um objeto perderá calor. Quanto mais elevada for a temperatura de um objeto comparada com a sua vizinhança, mais rapidamente este objeto perderá seu calor.Capítulo 4 itc INFRARED TRAINING CENTER Ciência Térmica Básica por ITC Questões 1. que estamos medindo quando usamos o conceito de temperatura? 2. Quais são as unidades de temperatura que usamos neste curso? 3. Qual é a diferença entre temperatura e calor? 4. Dê o nome de duas unidades comuns para o calor e energia? 5. Qual é a escala de temperatura absoluta que usamos neste curso? 6. que significa uma escala absoluta de temperatura? 7. Qual é a temperatura ambiente (20°C) em kelvin? 8. quer dizer o termo: "Conservação de energia"? 9. Se um objeto estiver mais quente que outro, é suficiente dizer em qual direção o calor irá fluir entre estes objetos?Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Transferência de calor básica Transferência de calor básica 1 Transferência de calor básica 2 Objetivos da Lição 2 Modos de transferência de calor 3 Condução 4 Taxa de transferência de calor por condução 5 Condutividade 6 Exemplos de condução 7 Transferência de calor em regimes permanente e transiente 11 Capacidade térmica 14 16 Evaporação e condensação 19 Transferência de calor por radiação 21 Questões 22 Anotações dos Alunos 25Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Transferência de calor básica Como calor pode ser trocado entre os objetos e se deslocar de um lugar ao outro. No capítulo anterior aprendemos que se houver uma diferença de temperatura entre dois pontos, haverá também uma transferência de calor entre esses dois pontos. calor não é algo que fica onde você coloca! É impossível aprisioná-lo em um local. Ele fluirá de acordo com as suas próprias leis de comportamento. Agora é hora de ver como é que o calor é transferido, e quais são essas leis de comportamento. Objetivos da Lição Entender a transferência de calor Condução Entender os quatro fatores que afetam a condução, e como eles fazem isso Convecção natural versus forçada Radiação, entender os conceitos de Emissão Absorção Saber a diferença entre as transferências de calor em estado permanente e transiente Saber como a capacidade térmica afeta fluxo de calor em regime transiente Entender como a evaporação e a condensação podem afetar a temperatura da superfície de um objeto alvoCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Modos de transferência de calor calor pode ser transferido de várias formas, e agora veremos uma por uma. Condução Convecção Evaporação/condensação Radiação A evaporação e a condensação, ambas fazem parte de um estudo maior, chamado calor latente, sobre o qual não falaremos aqui. Para nossos propósitos neste nível, discutiremos a evaporação e a condensação separadas do calor latente, porque seus efeitos são importantes para serem considerados em algumas aplicações termográficas. Evaporação/condensação Convecção Condução Radiação Figura 5:1 Modos de transferência de calorCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Condução A condução do calor é a transferência direta de energia térmica de molécula para molécula, causada pelas colisões entre as moléculas. Calor e temperatura estão ambos relacionados com movimento molecular. Quando duas moléculas estiverem próximas suficiente para se tocar de verdade, aquela com maior temperatura terá um movimento mais forte. Ela então transferirá um pouco da sua energia para a molécula mais lenta. Este processo poderá continuar em uma reação em cadeia entre as moléculas. Se, por exemplo, esquentarmos uma barra de metal em uma extremidade, o calor será transferido de molécula para molécula, da extremidade mais quente para a mais fria. É importante lembrar que as moléculas, que são muito pequenas, têm que se tocar umas nas outras para que ocorra a condução. Por exemplo, se você estiver usando uma panela com cabo em uma chapa de fritura, e fundo não for muito plano, a panela e a chapa não estarão diretamente em contato. ar entre as duas superfícies ainda assim transferirá calor, mas com muito menos eficiência do que se os dois metais se tocassem diretamente. A transferência do calor por condução ocorrerá em qualquer situação onde as moléculas com diferentes temperaturas puderem se tocar. Ela poderá ocorrer entre objetos diferentes que se tocam, e dentro dos objetos. Não faz diferença qual tipo seja. A condução pode ocorrer em sólidos, líquidos e gases. Importante: é único modo de transferência de calor que ocorre nos sólidos opacos! (Alguns sólidos são capazes de transmitir radiação, mas esses materiais são incomuns e alguns são muito caros! As lentes da sua câmera infravermelha seriam um exemplo.) Este fato de podermos esperar transferência de calor nos sólidos somente por condução torna estudo da condução de calor muito importante para nós termografistas entender. É por esta razão que a maioria das coisas que nós olhamos com nossas coisas são sólidas! Muito freqüentemente nós analisamos padrões de transferência de calor causados por condução.Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Taxa de transferência de calor por condução Para entender a taxa de transferência de calor por condução, ou melhor, quanto calor fluirá sob dadas circunstâncias, precisamos saber quais os fatores que estão envolvidos e como eles estão envolvidos. Expresso verbalmente se parece com isso; A taxa de fluxo de calor em condições de regime permanente é diretamente proporcional à condutividade térmica do objeto, à seção transversal do objeto através da qual calor flui, e à diferença de temperatura entre as duas extremidades do objeto. Ela será inversamente proporcional ao comprimento, ou espessura, do objeto. Fórmula da transferência de calor por condução Se expressarmos a mesma coisa usando uma fórmula, seria o seguinte: Fórmula número 1 (T1-T2) Q/t L resultado de um cálculo usando esta fórmula é Q/t. Sua unidade é J/s, e é uma medida de fluxo de calor ou energia por unidade de tempo. Em física, a energia é designada por Q. Esta fórmula é válida em condições de regime constante, e o que regime constante significa será explicado mais adiante no capítulo. J/s é o mesmo que W (watt). Quatro fatores estão envolvidos na transferência de calor por condução, são eles: Condutividade do material, k (W/m*K) Seção transversal, A (m²) Diferença de temperatura, T1 (K) Comprimento do percurso de condução, L (m) Potência e energia A fórmula de condução nos dá a potência calorífica, ou a taxa de fluxo de calor, entre dois pontos ou superfícies a uma dada diferença de temperatura. Para se obter a energia, ou o trabalho, devemos multiplicar a potência pelo tempo. A unidade será joule (J), que é mesmo que watt-segundo (Ws); 1 joule = 1 watt-segundo.Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Para que o fluxo de calor continue na mesma taxa, a energia deverá ser continuamente adicionada. Se não, a diferença de temperatura começará a diminuir. Se considerarmos um edifício aquecido, onde a perda de calor é, digamos 1500 W, a energia necessária para aquecer o edifício por 24 horas será: 24 horas * 60 min * 60 seg * 1500 watts = joule ou, 24 horas * 1.5 kilowatt = 36 kilowatt-horas (36 kWh) Condutividade A condutividade, k, é uma propriedade dependente do material. Sua unidade é watt por metro e kelvin (W/m*K). Materiais diferentes têm diferentes capacidades para conduzir calor. Quanto maior for a condutividade de um material, maior será sua capacidade para conduzir calor. Algumas vezes usa-se termo "resistência É o inverso da condutividade, ou 1/k. Um bom material isolante teria uma baixa condutividade, e inversamente uma elevada resistência térmica. Valores de condutividade térmica Melhor condutor Material Condutividade (W / m* K) Cobre 401 Alumínio 237 Aço 52 Gelo puro 2.04 Tijolo 1 Vidro (de janela) 0.9 Água 0.6 Madeira 0.14 Fibra de vidro 0.04 Ar (parado) 0.025 Argônio 0.018 Melhor isolante Xenônio 0.0051 Figura 5:2 Valores de condutividade para alguns materiais selecionados. (Compilado de várias fontes, somente a título de exemplo.) Os valores podem sofrer alterações em função da temperatura e outros fatores.Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Como podemos ver, a condutividade varia muito entre os materiais. A diferença entre o cobre e Xenônio é de quase vezes! Apesar de todos os metais terem alta condutividade, ela também varia bastante entre eles. O cobre é mais ou menos oito vezes melhor condutor do que aço, por exemplo. A água tem uma baixa condutividade, o que pode ser surpreendente, porque geralmente pensamos na água como algo que pode nos refrescar. Mas como veremos mais adiante, há outros fatores envolvidos. Os gases têm baixos valores de condutividade. Mas eles constituem um caso especial, porque a condutividade dos gases varia com a pressão (e pureza). Isso dificulta encontrar valores comparativos para os gases. Exemplos de condução Vamos dar uma olhada nos quatro fatores envolvidos na transferência de calor por condução e como eles afetam a taxa de transferência de calor, Q/t. Exemplo 1: Condutividade 22,3°C 22 21 20 19 18,2°C Figura 5:3 Parede com condutividade diferente entre o material isolante e a estrutura de suporte Este termograma mostra uma parede exterior isolada de um edifício, vista de dentro do edifício. O edifício fica em um clima frio e está aquecido por dentro. As paredes têm uma espessura uniforme, que significa que a distância/espessura (d) na nossa fórmula da condução é igual para toda a superfície que estamos olhando (exceto nos cantos). mesmo é válido para a diferença de temperatura (T1-T2). Se escolhermos olhar para umaCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC dimensão similar da área da superfície, esse fator (A, na fórmula) será o mesmo também. Usando os valores da tabela acima, verificamos que: O material de isolamento tem k=0.04 A viga de madeira tem k=0.14 Isso explica o padrão que podemos observar. A viga de madeira conduz energia numa taxa mais elevada do que o isolamento, e, portanto ela está mais fria na parte de dentro. Os cantos também estão frios, e apesar da condutividade diferente terão uma função, outros fatores também estão envolvidos. canto terá um efeito de ponte térmica maior do lado de fora, e o ar de dentro circula menos nos cantos e não esquenta a superfície o suficiente. Exemplo 2: Área da parede Imagine que tenhamos duas casas aquecidas num clima frio no inverno. A temperatura do ar externo é de -10°C (263 K), e ambas as casas estão em confortáveis 20°C (293 K) por dentro. As duas casas têm paredes de mesma espessura (0.2 m) e material (k=0.05 W/m*K). A diferença está no tamanho; A casa menor tem uma área de parede de 120 m² e casa maior tem uma área de parede de 480 m². Figura 5:4 Casa pequena e casa grande diferentes áreas de paredeCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Usando a Fórmula número 1, podemos colocar os números. Casa pequena Casa grande Diferença de temperatura, (T₁-T₂) 293 K 263 = 30 Espessura da parede 0.2 m 0.2 m (comprimento do percurso de condução, L) Condutividade, k 0.05 W/m*K 0.05 W/m*K Área de parede, A Cálculo: P = k*A* 0.05*120*30/0.2 0.05*480*30/0.2 Perda de calor, P 900 W or 0.9 kW 3600 W or 3.6 kW Figura 5:5 A perda de calor através das paredes da casa maior é nada surpreendente, quatro vezes maior. Conseqüentemente, ela requer quatro vezes mais potência calorífica. Certamente, isso é apenas a perda de calor por condução através das paredes. A isso precisamos ainda adicionar as perdas através do telhado e do chão. Se os edifícios tiverem fugas de ar, elas também contribuíram para as perdas. Outra perda de calor é a ventilação, que é necessária para manter um clima confortável dentro da casa. Se juntássemos todas essas perdas (ignorando as perdas por convecção e radiação neste curso), e multiplicássemos pelo tempo e custo da energia, teríamos custo total de aquecimento das casas. cálculo da perda de calor, com todas as perdas incluídas, também é relevante na hora de projetar sistema de aquecimento do edifício para se certificar de que há potência suficiente para aquecer a casa nas temperaturas mínimas esperadas. Se por outro lado edifício for refrigerado, cálculo será semelhante, somente a diferença de temperatura será "ao contrário", isto é, a direção do fluxo de calor será oposta. Exemplo 3: Diferença de temperatura café dentro da xícara está mais quente do que o ar logo acima do café. calor é conduzido através das paredes laterais da xícara em uma taxa mais elevada onde houver café quente. De fato, acima do café a temperatura é virtualmente a mesma do que no restoCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC da sala, então não há diferença de temperatura, e portanto não haverá transferência de calor. Exceto para a diferença de temperatura entre dentro e fora da xícara, todos os outros fatores são os mesmos (condutividade, área, e espessura). Por causa da diferença na taxa de transferência de calor, podemos ver o nível do café na xícara - - do lado. FLIR ThermaCAM 63.1 Frozen itc 19.8 Figura 5:6 Xícara com café quente, visual e infravermelho Exemplo 4: Comprimento do percurso da condução termograma mostra um equipamento denominado " carro torpedo". Trata-se de um recipiente em forma de charuto com material refratário (resistente à alta temperatura) isolante na parte de dentro. Ele corre em trilhos, semelhante a um vagão de trem. carro torpedo é usado para transportar aço fundido dentro da usina siderúrgica, de um lado do processo ao outro. A usina tem vários carros torpedo para esta função, e em um dado momento, haverá alguns deles na manutenção, porque o refratário está sendo continuamente desgastado. Por razões de segurança, é importante que o carro seja tirado de serviço antes que corra o risco de derreter sua própria carcaça de aço. Por razões econômicas, ele não deve ser retirado de operação até que seja realmente necessário. 225,6°C 220 200 180 160 140 135,1°C Figura 5:7 Carro torpedo com isolamento refratário desgastadoCapítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC O carro é carregado do forno pela parte superior. Quando aço derretido atinge o fundo do carro, ele causa maior desgaste onde bate, na parte inferior. A diminuição da espessura do refratário causa as áreas mais quentes que podemos ver no fundo. No esquema, isso poderia se parecer com seguinte: Molten steel - HOT! L2 Hot spot Cool outside air Figura 5:8 Seção transversal do carro torpedo com refratário desgastado. de condução mais curto (L2Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC A B Figura 5:9 No regime permanente, o que entra, sai a potência calorífica é igual à potência de resfriamento As condições de regime permanente e transiente representam dois tipos de situações de transferência de calor. Uma condição estável sem alterações de temperatura, e com uma taxa constante de fluxo de calor é chamada de "regime Isso significa que a potência calorífica e a potência de resfriamento são as mesmas - tudo aquilo que entrar, sairá também, A e são iguais, e também será a Note que a transferência de calor de fato ocorre. Uma condição com temperaturas iguais = 0) é chamada de equilíbrio, onde nenhuma troca de calor ocorre, mas isso não deve ser confundido com o que chamamos de regime permanente. Uma condição transiente é aquela na qual ocorrem mudanças de temperatura e da taxa de fluxo de calor. Se a potência calorífica for maior do que a potência de resfriamento, o objeto aquecerá a temperatura aumentará. Se a potência calorífica desaparecer, o objeto começará a resfriar de volta à temperatura ambiente.Capítulo 5 itc INFRARED TRAINING CENTER Transferência de calor básica por ITC Condição transiente Temperature Heating Cooling Time Figura 5:10 Em uma condição transiente, a temperatura muda com tempo Na realidade, o regime permanente é uma condição rara. Pegue uma casa por exemplo. À tarde, o sol se põe, e a sua potência calorífica vai desaparecendo. Se a casa estiver aquecida, o sistema de aquecimento terá que fornecer calor em uma taxa mais elevada. No caso de ar condicionado, sistema deverá fornecer menos potência de resfriamento. Se uma pessoa entrar numa sala, sua própria temperatura do corpo mudará as condições, e assim por diante. Nossa fórmula de condução é válida para o regime permanente. Felizmente, ela não é inútil, apesar do regime permanente ser raro. Podemos geralmente fazer suposições que em dado ponto no tempo, ou média no tempo, teremos um regime permanente. No entanto, precisamos sempre ter isso em mente, para que nossas aproximações sejam razoáveis. Steady state - input Transient condition Transient condition equals output 50 45 40 35 Graph 1 30 25 30 00 30 00 14 15 16 Trending period: 14:03:53 to 16:03:34 Figura 5:11 Curva da variação da temperatura pelo tempo de um dispositivo controlado por termostato