Fundamentos de la radiación infrarroja en procesos industriales
Explicación técnica del calentamiento por infrarrojo, su interacción con los materiales y su papel en el control térmico previo al tratamiento de superficies.
¿Qué es la radiación infrarroja?
La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Por ello, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.1 La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto)
Por tanto, es invisible para el ojo humano. Por lo general, se entiende que el IR abarca longitudes de onda desde el borde nominal del rojo del espectro visible, alrededor de 700 nanómetros (frecuencia 430 THz), hasta 1 milímetro (300 GHz) (aunque las longitudes de onda IR más largas suelen designarse más bien como radiación de Tera hercios). La radiación del cuerpo negro de los objetos cercanos a la temperatura ambiente es casi toda de longitud de onda infrarroja. Como forma de radiación electromagnética, la radiación infrarroja propaga energía y momento, con propiedades que corresponden a la dualidad onda-partícula de una onda y de una partícula, el fotón.
La radiación infrarroja fue descubierta en 1800 por el astrónomo Sir William Herschel, quien descubrió un tipo de radiación invisible en el espectro de menor energía que la luz roja, mediante su efecto en un termómetro. Finalmente se comprobó que algo más de la mitad de la energía total del Sol llega a la Tierra en forma de infrarrojos. El equilibrio entre la radiación infrarroja absorbida y emitida tiene un efecto crítico en el clima de la Tierra.
La radiación infrarroja es emitida o absorbida por las moléculas cuando cambian sus movimientos rotacional-vibracional. Excita los modos de vibración en una molécula a través de un cambio en el momento dipolar, por lo que es un rango de frecuencias útil para el estudio de estos estados energéticos para moléculas de la simetría adecuada. La Espectroscopia infrarroja examina la absorción y transmisión de fotones en el rango infrarrojo.
La radiación infrarroja se utiliza en aplicaciones industriales, científicas, militares, comerciales y médicas.
En definitiva, la radiación infrarroja o calefacción por infrarrojos consiste en la emisión de rayos, no dañinos para el ser humano, que calientan directamente estancias, objetos sólidos o superficies.
Clasificación
Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda. Dentro de los diferentes equipos que generan estos rayos infrarrojos podemos clasificarlos de este modo:
La radiación infrarroja es emitida o absorbida por las moléculas cuando cambian sus movimientos rotacional-vibracional. Excita los modos de vibración en una molécula a través de un cambio en el momento dipolar, por lo que es un rango de frecuencias útil para el estudio de estos estados energéticos para moléculas de la simetría adecuada. La Espectroscopia infrarroja examina la absorción y transmisión de fotones en el rango infrarrojo.
La radiación infrarroja se utiliza en aplicaciones industriales, científicas, militares, comerciales y médicas.
En definitiva, la radiación infrarroja o calefacción por infrarrojos consiste en la emisión de rayos, no dañinos para el ser humano, que calientan directamente estancias, objetos sólidos o superficies.
Infrarrojo de onda corta
1.0 a 3 μm (desde el corte de silicio hasta el de la ventana atmosférica MWIR). InGaAs cubre hasta aproximadamente 1,8 µm; las sales de plomo menos sensibles cubren esta región. Esta onda, al ser más corta atraviesa mejor el aire sin calentarlo, actuando directamente sobre el cuerpo en el que incide. Las ventajas son que no necesitan precalentamiento ni mantenimiento, en décimas de segundo alcanzan su mayor potencia.
Infrarrojo de onda media
3 a 5 μm (definido por la ventana atmosférica y cubierto por antimonuro de indio [InSb] y telururo de mercurio cadmio [HgCdTe] y parcialmente por seleniuro de plomo PbSe). Esta frecuencia producen muy poca intensidad de luz y su temperatura es menor, en contrapartida el alcance de sus rayos en mayor. También son rapidas en alcanzar su máxima eficacia.
Infrarrojo de onda larga
De 8 a 12 o de 7 a 14 μm (esta es la ventana atmosférica cubierta por HgCdTe y microbolómetros). Estas ondas no emiten luz, el calor es menos intenso, pero calientan el aire, por lo que serían adecuadas para un uso en espacios cerrados.
El infrarrojo cercano es la región más cercana en longitud de onda a la radiación detectable por el ojo humano. El infrarrojo medio y se alejan progresivamente del espectro visible. Otras definiciones siguen diferentes mecanismos físicos (picos de emisión, frente a bandas, absorción de agua) y las más nuevas siguen razones técnicas (los detectores de silicio comunes son sensibles a aproximadamente 1.050 nm, mientras que la sensibilidad de InGaAs comienza alrededor de 950 nm y termina entre 1700 y 2600). nm, dependiendo de la configuración específica). Actualmente no se dispone de estándares internacionales para estas especificaciones.
Lámpara IRK como emisor
Los valores de emisividad del tungsteno son mayores en las regiones infrarrojas de onda corta y cercana.
La eficiencia de calefacción de una lámpara IRK se puede aumentar fácilmente empleando reflectores. En su superficie exterior, las opciones son capas doradas y blancas. Fuera de la lámpara, las mejores opciones son formas parabólicas/elípticas para lámparas simples y gemelas con capa recubierta de oro.
La vida de una lámpara IRK depende en gran medida de la temperatura de funcionamiento de su bobina: Un aumento/disminución del 10% en su tensión nominal da como resultado una disminución/ aumento del 30% en su vida útil.
Las temperaturas de funcionamiento óptimas para varios componentes de una lámpara infrarroja son:
• Área de sellado por presión, máx. 350ºC
• Tubo de cuarzo, máx. y mín. temperatura son 900ºC y 250ºC, respectivamente.
-La resistencia de un tubo de cuarzo aumentó drásticamente tomando prestado un concepto de diseño de la industria de la construcción:
La viga de acero. Este nuevo diseño permite longitudes de tubo gemelo de hasta 6 m (sección transversal: 33 x 14 mm).
Componentes de una lámpara infrarroja
Componentes principales de una lámpara infrarroja de doble tubo: 1. Sílice fundida
2. Elementos calefactores de tungsteno
3. Soportes para hilo calefactor
4. Placa final y final de cerámica
5. Cables conductores
6. Capa reflectante. Se muestra: capa de oro
7. Composición del gas patentado.
Este material extraordinario ofrece características físicas únicas de resistencia, estabilidad térmica y transparencia infrarroja, vea la figura a la derecha.
• Conductividad térmica = 1,3 W/(m ºK)
• Índice de refracción 1,52 <norte<1,68, entre 0,2 y 2,4 metrometro
• Temperatura máxima de funcionamiento continuo: 1.100ºC
• Temperatura de funcionamiento a corto plazo: 1.300ºC
• Punto de reblandecimiento: 1.730º
Lámparas IRK de onda corta y doble tubo.
La más poderosa en la industria, y sin contacto con el producto a calentar.
Tipos de construcción del tubo doble.
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