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Artículos universitarios

Pruebas Infrarrojas

J.S. Held expande su practica en consultoría en Canadá con la adquisición de SPECS.

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Resumen

La termografía infrarroja es el proceso de adquisición y análisis de la información térmica de la imagen capturada por un dispositivo termográfico no destructivo, a menudo referido como una cámara infrarroja o una cámara IR. Estos dispositivos detectan la energía de calor emitida y reflejada por los objetos y presentan esta información como una imagen térmica, también conocida como un JPEG radiométrico. Una vez capturadas, las imágenes térmicas se analizan a través de un software especializado para identificar los patrones térmicos. Complementando una investigación o análisis con termografía infrarroja, se puede obtener información adicional que de otra manera no sería visible a simple vista o requeriría que se realizarán pruebas destructivas significativas.

Un concepto erróneo común y significativo en los usos de la restauración y las ciencias de la construcción es que las cámaras IR pueden detectar la humedad. Es importante tener en cuenta que las imágenes térmicas representan patrones de temperatura en sustratos; las imágenes térmicas no representan la humedad ni distinguen entre mojado o seco. Por lo tanto, mientras irregularidades o anomalías detectadas como patrones térmicos pueden indicar posibles ubicaciones de la humedad, los diferenciales de temperatura y las variaciones en los patrones térmicos a menudo ocurren debido a una variedad de 4 factores. Por esta razón, el análisis de las imágenes térmicas debe ser conducido por un termografista infrarrojo debidamente entrenado, experimentado y certificado, utilizando instrumentación de campo adicional para evaluar si las anomalías de temperatura son condiciones húmedas, frías o están relacionadas con otras condiciones.

Cualificaciones de Expertos

El proceso de certificación es un programa ofrecido por muchas fuentes que se basan típicamente en la Sociedad Americana para las Pruebas No Destructivas (ASNT por sus siglas en inglés) estándares. Los niveles de certificación consisten en nivel I, II y III con educación consistente en crecientes grados de dificultad basado en ese nivel de certificación. Actualmente, no hay requisitos obligatorios para la formación o certificación en los Estados Unidos sobre el uso de cámaras IR o la interpretación de imágenes térmicas. Como resultado de esto, una comprensión profunda de la ciencia infrarroja y su aplicación es fundamental, que también incluye conformidad con las normas vigentes sobre las inspecciones termográficas. Idealmente, los profesionales forenses que realicen la termografía en una capacidad experta deberían haber obtenido al menos la certificación en el nivel I. Además, el uso experto de la termografía aplicada a las investigaciones de construcción debe limitarse a los termografistas competentes que también posean antecedentes en el estudio, diseño, y/o construcción de edificios, incluyendo arquitectos, ingenieros, científicos de la construcción/higienistas industriales, e ingenieros electromecánicos.

Aplicación Adecuada

Se debe entender que la cámara termográfica es sólo una pieza de una multitud de herramientas utilizadas al proporcionar investigaciones de imágenes térmicas, y que la precisión de una cámara termográfica depende de los ajustes realizados por el termografista a la cámara IR, así como la calibración regular de la cámara, con el fin de garantizar la veracidad en las imágenes térmicas recopiladas. La caja de herramientas de un termografista incluiría su cámara, un medidor de humedad, un anemómetro, un termohigrómetro y una cámara de imagen digital regular, si es que la cámara IR no incluye la capacidad de recopilar imágenes digitales y térmicas.

El termografista debe asignar los valores apropiados a ciertos parámetros de imagen térmica como la emisividad, la temperatura aparente reflejada y las condiciones atmosféricas entre otros para obtener imágenes térmicas precisas. Garantizar la veracidad en las mediciones de imágenes térmicas depende de la precisión de la instrumentación, que solo se puede confirmar cuando se realiza la calibración regular de acuerdo con los requisitos del manufacturero de cada cámara IR. Esta calibración establece que la cámara IR funciona correctamente registrando la temperatura en un rango preciso que se comprobó comparándolo con un estándar confiable. El certificado de calibración de cada cámara debe mantenerse con la cámara y proporcionarse a petición para confirmar la precisión.

La correcta aplicación de las cámaras IR se produce cuando las cámaras se utilizan de acuerdo con las normas vigentes que rigen su uso. Las cámaras IR tienen limitaciones significativas en su uso como herramienta de investigación. Por lo tanto, se debe de cumplir con las normas de construcción, sistemas de techado, instalación de aislamiento y el interior de los edificios. Existen normas europeas vigentes, pero una variedad de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM por sus siglas en inglés) deben ser revisados y utilizados cuando sea apropiado para cada aplicación, con el fin de garantizar la confiabilidad de la información obtenida.

No se debe depender de la imagen térmica por sí sola para la determinación de la existencia, ubicación, o extensión de la humedad o daños relacionados con la humedad. En cambio, una vez que se identifican las ubicaciones de sospecha de irregularidades o anomalías mediante termografía, se deben seguir investigando, utilizando herramientas secundarias como medidores de humedad e instrumentación de humedad, u otros medios apropiados de evaluación. La eliminación localizada de los acabados y/o la deconstrucción limitada sólo debe tener lugar cuando se verifica por completo una condición.

Tenemos un estudio de caso documentado que ejemplifica esto; La imagen 1 es la pared exterior de un edificio que no presenta ningún problema, ningún daño visual o decoloración de los acabados del edificio. La imagen visual inicial es muy importante y requiere múltiples fotografías dentro de una proximidad más cercana para la detección de puntos de entrada de humedad. La imagen 2 es la imagen térmica correspondiente, y cada imagen visual debe tener la misma imagen térmica enmarcada tan cerca de la misma imagen digital como sea posible, si la cámara no recoge en una sola, la imagen digital y térmica.

 
Figura 1 - Visual de la pared exterior
Figura 1 - Visual de la pared exterior
 
Figura 2 - anomalías térmicas en la esquina inferior izquierda de la ventana
Figura 2 - anomalías térmicas en la esquina inferior izquierda de la ventana

El patrón térmico representado en esta imagen única revela anomalías de patrón en la esquina inferior izquierda de la ventana que podrían ser áreas de sospecha de filtración de agua y daños resultantes. Sin embargo, es necesario realizar más investigaciones para llegar a esta conclusión dentro de un grado razonable de certeza profesional. En este caso, el panel de yeso fue retirada prematuramente de la cara interior de esta pared como se muestra en la Figura 3 y la deconstrucción limitada encontró que la anomalía térmica era en realidad sólo una reflexión de la cubierta metálica adyacente y no el daño resultante de la filtración del agua.

 
Figura 3 - pruebas destructivas realizadas en la cara interior de la pared
Figura 3 - pruebas destructivas realizadas en la cara interior de la pared

Esta deconstrucción limitada podría haberse evitado si los métodos, protocolos y procedimientos apropiados hubieran sido seguidos por el investigador que estaba utilizando incorrectamente la imagen térmica para este propósito. Primero y, ante todo, esta imagen se toma de una distancia demasiado lejana.

Un ejemplo contrastante sería la Figura 4, que muestra una imagen visual de la pared exterior de un edificio y la Figura 5, es la imagen térmica correspondiente de la misma vista del edificio.

 
Figura 4 - visual de la pared exterior
Figura 4 - visual de la pared exterior
 
Figura 5 - anomalías térmicas debajo de la ventana
Figura 5 - anomalías térmicas debajo de la ventana

Este patrón térmico también revela anomalías ubicadas debajo de las esquinas inferiores de una abertura de ventana, similar al caso anterior. Sin embargo, en este caso, se recolectan lecturas de medidor de humedad para confirmar que la madera tenía en efecto un nivel de humedad por encima de lo normal. Entonces, el revestimiento exterior fue retirado por debajo de la abertura de la ventana, y la Figura 6 muestra visualmente, la existencia de la filtración de agua y el daño resultante fue confirmado. Estos dos ejemplos también sirven para enfatizar la importancia de los aspectos procesales apropiados del uso de todas las herramientas de investigación y el post-procesamiento en la aplicación de la termografía.

 
Figura 6 - la deconstrucción limitada debajo de la ventana
Figura 6 - la deconstrucción limitada debajo de la ventana

Consideraciones Post-Procesamiento

El post-procesamiento es la terminología que describe el análisis después de la investigación de los termogramas, que normalmente se realiza utilizando uno de los diversos programas de software disponibles para los termografistas. Una indicación de que un experto el trabajo de un experto puede ser cuestionable es su despido por el hecho de no utilizar parámetros de post-procesamiento. Como se indicó anteriormente, el termografista debe asignar valores apropiados a ciertos parámetros de imagen térmica como la emisividad, la temperatura aparente reflejada y las condiciones atmosféricas, entre otros, con el fin de obtener imágenes térmicas precisas. En el post-procesamiento, se puede hacer un ajuste térmico para difundir y medir la anomalía térmica. Dentro del software de post-procesamiento, se pueden realizar ajustes en el rango de temperatura o el lapso en el que se visualizan las temperaturas aparentes. El ajuste del intervalo de temperatura de una imagen térmica esencialmente ajusta el contraste, como se ilustra en las Figura 7 y 8, que son exactamente las mismas imágenes mostradas en diferentes intervalos de temperatura. Un lapso corto produce una imagen de contraste más alta como se muestra en la Figura 7, mientras que un amplio intervalo produce una imagen de menor contraste como se muestra en la Figura 8.

 
Figura 7 - imagen térmica de alto contraste con intervalo de temperatura corto
Figura 7 - imagen térmica de alto contraste con intervalo de temperatura corto
 
Figura 8 - imagen térmica de bajo contraste con gran amplitud de temperatura
Figura 8 - imagen térmica de bajo contraste con gran amplitud de temperatura

El ajuste térmico puede ser abusado para tergiversar u ocultar ciertas condiciones. Por ejemplo, el intervalo de temperatura se puede restringir para producir un mayor contraste dentro de una imagen térmica para intensificar o exagerar los diferenciales de temperatura o anomalías. Inversamente, el intervalo de temperatura se puede ampliar para reducir el contraste dentro de una imagen térmica para disfrazar o minimizar las anomalías en los diferenciales de temperatura.

Aplicación Inadecuada

Al preparar un informe pericial termográfico, es importante que el experto incluya información suficiente para respaldar su investigación y análisis. Esta información debe incluir, como mínimo: el nombre del termografista; su nivel de certificación, la cámara y la lente que se utilizaron en la obtención de la imagen, la imagen térmica y la imagen digital correspondiente; los valores de parámetros asumidos o medidos, así como la emisividad, y la temperatura reflejada, etc.; las condiciones atmosféricas, la temperatura ambiente, las condiciones de carga solar, la humedad relativa, la distancia desde donde la imagen fue grabada; el intervalo de temperatura visualizado; la fecha y hora del día en que se realizó la inspección y la ubicación de la inspección. Una omisión de la información crítica dentro del informe termográfico puede tergiversar las condiciones reales y evitar que se determine que los hallazgos son precisos y reflejan las condiciones existentes.

La imagen térmica, tal como se representa en la Figura 9, es una pared exterior de un edificio que se inspecciona por una posible filtración de agua en el borde de la ventana. La imagen térmica por sí misma podría llevar a una persona sin conocimiento o no entrenado a creer que la anomalía puede ser, de hecho, un daño o algún tipo de defecto.

 
Figura 9 - anomalía térmica desconocida
Figura 9 - anomalía térmica desconocida

Sin la inclusión de la imagen digital correspondiente representada en la Figura 10, la presencia de una palmera adyacente y su sombra no se habrían representado. Con esta nueva información, se hace evidente que la anomalía fue resultante de la carga solar y la sombra de la palmera.

 
Figura 10 - imagen digital correspondiente que representa la sombra
Figura 10 - imagen digital correspondiente que representa la sombra

Otras indicaciones de que una encuesta de IR puede haber sido incorrectamente realizada o presentada de una manera engañosa incluyen, pero no se limitan a, lo siguiente:

  • Ignorar los parámetros que se requieren para hacer conclusiones precisas, a menudo acompañados por una explicación de que los parámetros son irrelevantes porque la encuesta sólo era cualitativa o dibujó conclusiones relativas.
  • Parámetros inadecuados o incoherentes (p. ej., temperaturas no razonables, valores de emisividad superiores a 0.9, inconsistencias en la misma encuesta, etc.).
  • No calibrar el equipo IR de acuerdo con los requisitos del fabricante, que verifican la exactitud de las mediciones.
  • Falta de certificación, cualificaciones, formación adecuada o experiencia del termografista.
  • Falta de seguimiento de las normas, revisión entre pares y estándares reconocidas con respecto a las inspecciones termográficas para edificios y superficies asociadas.
  • Reclamos no razonables y/o admitidos sin verificación (por ejemplo, púrpura representa áreas húmedas o la imagen térmica representa la humedad sin ninguna justificación sustancial de registros o información de pruebas secundarias).
  • No se proporcionan imágenes digitales que coinciden con las imágenes térmicas
  • Imágenes que son borrosas, desenfocadas o poco claras que se obtienen demasiad o de cerca de la superficie que se está investigando.
  • Imágenes tomadas desde muy lejos del punto de interés real, sin más imágenes de cerca.

Conclusión

La tecnología infrarroja se utiliza en muchos aspectos diferentes de nuestro mundo en el siglo XXI. Las ciencias de construcción tienen una multitud de aplicaciones para IR, utilizables en todas las industrias. El uso exitoso de la tecnología infrarroja para todas estas aplicaciones en general depende de la capacidad del termografista para recolectar información correctamente, realizar la investigación, procesar la información recopilada e interpretar los datos infrarrojos. Cuando se recopilan y procesan correctamente, siguiendo las normas prevalecientes revisadas en pares, los datos infrarrojos y sus hallazgos pueden ser confiables y fidedignos. Por el contrario, cuando no se recopilan o procesan correctamente, ya sea por negligencia o por diseño, los datos infrarrojos obviamente pueden ser malinterpretados o tergiversados y dar lugar a conclusiones erróneas.

Reconocimientos

Agradecemos a nuestros colegas Tracey Dodd, Michelle Feduccia y Paul Christoferson, quienes proporcionaron conocimientos y experiencia que ayudaron enormemente a esta investigación.

Referencias

  • Aggelis, D.G., et al. NDT Approach for Characterization of Subsurface Cracks in Concrete. Construction and Building Materials 25 (2011) 3089-3097.
  • Bagavathiappan, S., et al. Infrared Thermography for Condition Monitoring – A Review. Infrared Physics & Technology 60 (2013) 35-55.
  • Balaras, C.A., et al. Infrared Thermography for Building Diagnostics. Energy and Buildings 34 (2002) 171- 183.
  • Clark, M.R., et al. Application of Infrared Thermography to the Non-Destructive Testing of Concrete and Masonry Bridges. NDT&E International 36 (2003) 265-275.
  • Grinzato, E., et al. Moisture Map by IR Thermography. Journal of Modern Optics 57 (2010) 1770-1778.
  • Infrared Training Center (ITC). Level I Course Manual & Level II Course Manual – An Intermediate Training Course for Thermographers. Pub ITC 120 C2010-01-08, 2010.
  • Lanzoni, D. Building Thermography (Including Blower Door and Heat Flux Meter). Davide Lanzoni, 2014.
  • Machin G., Simpson R, Brussely M. Cailibration and Validation of Thermal Imagers. 9th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, July 2008.
  • Titman, D.J. Applications of Thermography in Non-Destructive Testing of Structures. NDT&E International 34 (2001) 149-154.
 

Esta publicación es sólo para fines educativos y de información general. Puede contener errores y se proporciona tal cual. No tiene el propósito de ser un consejo específico, legal o de otro tipo. Las opiniones y puntos de vista no son necesariamente los de J.S. Held o sus afiliados, y no debe presumirse que J.S. Held se suscribe a cualquier método, interpretación o análisis en particular simplemente porque aparece en esta publicación. Negamos cualquier representación y/o garantía con respecto a la exactitud, puntualidad, calidad o aplicabilidad de cualquiera de los contenidos. Usted no debe actuar, o dejar de actuar, en dependencia de esta publicación, y renunciamos a toda responsabilidad con respecto a tales acciones o falta de acción. No asumimos ninguna responsabilidad por la información contenida en esta publicación y rechazamos toda responsabilidad y daños con respecto a dicha información. Esta publicación no sustituye el asesoramiento legal competente. El contenido de este documento puede ser actualizado o modificado de otro modo sin previo aviso.

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