Emissividade na termografia: o que é, por que erra a medição e como compensar

Emissividade é a capacidade de uma superfície de emitir radiação infravermelha, comparada a um emissor perfeito (o chamado corpo negro) na mesma temperatura. Ela vai de 0 a 1. A câmera térmica não mede temperatura diretamente: ela mede a radiação que chega ao detector e calcula a temperatura com base nos parâmetros que você informa. Se a emissividade e a temperatura refletida estiverem erradas, a imagem continua bonita, mas o número na tela fica errado.

Esses dois parâmetros separam a termografia que só "mostra calor" da termografia que mede.

O que é emissividade, em termos simples

Todo objeto acima do zero absoluto emite radiação infravermelha. Um corpo negro ideal emite o máximo possível para a sua temperatura e tem emissividade 1. As superfícies reais emitem menos. A pele humana fica perto de 0,98, ou seja, emite quase como um corpo negro. Um metal polido pode ficar abaixo de 0,10 e emitir muito pouco.

Para entender o problema, vale uma regra da física: em um objeto opaco, a radiação que ele não emite, ele reflete. Na prática, emissividade mais refletividade é igual a 1. Um barramento de cobre polido, com emissividade baixa, funciona como um espelho para o infravermelho. A câmera "vê" nele o reflexo de lâmpadas, paredes, do céu e até do próprio termografista.

A emissividade muda com:

• Material: metais nus tendem a ter emissividade baixa; tintas, plásticos, borrachas, madeira e alvenaria tendem a ter emissividade alta.
• Estado da superfície: polimento, oxidação, sujeira, pintura e rugosidade alteram muito o valor. Cobre oxidado emite bem mais que cobre polido.
• Ângulo de visão: quanto mais inclinada a visada em relação à perpendicular, menor a emissividade efetiva e maior a reflexão.
• Faixa espectral da câmera: o mesmo material pode ter valores diferentes em onda longa e em onda média.

A cor que você enxerga, em geral, não manda na emissividade no infravermelho de onda longa. Uma tinta fosca branca e uma tinta fosca preta costumam ter valores parecidos nessa faixa.

O que é temperatura refletida e por que ela pesa tanto quanto a emissividade

A radiação que chega à câmera tem três parcelas: a emitida pelo objeto, a refletida pelo objeto (que vem do ambiente ao redor) e a emitida pela atmosfera no caminho. Para calcular a temperatura do objeto, a câmera precisa descontar a parcela refletida. Ela faz isso usando a temperatura aparente refletida, um valor que representa a radiação do entorno que o objeto reflete na direção da câmera.

A relação entre os dois parâmetros é direta. Com emissividade alta, a parcela refletida é pequena e um erro na temperatura refletida pouco afeta o resultado. Com emissividade baixa, a parcela refletida domina e qualquer erro na temperatura refletida vira um erro grande na leitura.

Dois exemplos comuns:

• Ao ar livre, o céu limpo é muito frio no infravermelho. Superfícies que refletem o céu parecem mais frias do que estão. Isso afeta subestações, telhados e fachadas, assunto que aparece também na termografia predial.
• Perto de fontes quentes, como fornos, caldeiras ou lâmpadas, a superfície refletora parece mais quente do que está e pode gerar um falso ponto quente.

Por que emissividade e temperatura refletida erram a medição

Os erros mais frequentes no campo são poucos e se repetem:

• Deixar a emissividade padrão em metal nu. Muitas câmeras vêm configuradas com um valor alto, perto de 0,95. Em um terminal metálico brilhante, a leitura sai bem abaixo da temperatura real quando o objeto está mais quente que o ambiente.
• Não medir a temperatura refletida. Usar a temperatura do ar como temperatura refletida funciona em alguns ambientes internos, mas falha ao ar livre e perto de fontes quentes.
• Medir em ângulo muito inclinado. A emissividade efetiva cai e a reflexão sobe. Procure ficar o mais perpendicular possível à superfície.
• Confundir reflexo com aquecimento. Um reflexo se move quando você muda de posição. Um aquecimento real fica no lugar.

Na termografia qualitativa, que compara componentes iguais nas mesmas condições, parte desses erros se anula: três fases com o mesmo material e o mesmo acabamento são afetadas da mesma forma. Já na termografia quantitativa, que precisa de uma temperatura absoluta ou de uma diferença em relação ao ambiente, os erros aparecem inteiros. É o caso dos critérios de severidade usados na termografia em painéis elétricos.

Como medir a emissividade em campo

Tabelas ajudam a começar, mas o valor confiável é o medido no próprio objeto. Os métodos abaixo são os mais usados. Em qualquer um deles, nunca aplique fita, tinta ou sensor de contato em parte energizada ou em movimento.

Método da fita (ou tinta) de emissividade conhecida

1. Aplique no objeto um pedaço de fita ou tinta de emissividade conhecida e alta. Fita isolante preta de vinil é comum; confirme o valor com o fabricante da fita.
2. Espere a fita entrar em equilíbrio térmico com a superfície.
3. Configure na câmera a emissividade da fita e a temperatura refletida correta. Meça a temperatura sobre a fita.
4. Aponte para uma área vizinha, sem fita, do mesmo material. Ajuste a emissividade até a leitura igualar a da fita.
5. O valor encontrado é a emissividade daquela superfície, naquelas condições.

O método funciona melhor quando o objeto está bem mais quente (ou mais frio) que o ambiente. Com diferença pequena, a precisão cai.

Método do termômetro de contato

Meça a temperatura da superfície com um termômetro de contato confiável, como um termopar, e ajuste a emissividade na câmera até a leitura coincidir. É simples, mas exige acesso seguro ao ponto e um bom contato do sensor.

Quando não dá para medir: pontos de referência

Em superfícies de emissividade muito baixa, a melhor solução costuma ser criar um alvo de emissividade alta. Em rotas de inspeção, vale aplicar fita ou tinta permanente nos pontos que serão medidos sempre, durante uma parada. Outra saída é medir em uma parte pintada, oxidada ou isolada do mesmo componente. Cavidades e furos também ajudam: a geometria faz a cavidade se comportar quase como um corpo negro.

Como medir e compensar a temperatura refletida

Método do refletor

É o método mais usado e não exige equipamento especial.

1. Amasse um pedaço de papel alumínio e depois desamasse, mantendo o lado brilhante para fora. Fixe-o em um cartão.
2. Posicione o refletor no mesmo plano e na mesma orientação da superfície a ser medida, ou o mais perto disso possível.
3. Configure a câmera com emissividade 1,0 e distância mínima.
4. Meça a temperatura média aparente do refletor, usando uma área de medição e não um único ponto.
5. Esse valor é a temperatura refletida. Insira-o na câmera e volte a emissividade para o valor do objeto.

A ABNT NBR 16292 trata da medição e da compensação da temperatura aparente refletida em câmeras termográficas. Consulte a versão vigente. O guia de normas de termografia mostra onde ela entra num programa de inspeção.

Dicas de campo

• A temperatura refletida muda com a posição. Meça de novo quando trocar de ambiente ou de lado do equipamento.
• Se um reflexo atrapalha, mude o ângulo de visada para tirá-lo da área de interesse.

Tabela de emissividade de materiais comuns (valores aproximados)

Os valores abaixo são aproximados, para a faixa de onda longa e temperaturas próximas às de ambiente. Eles variam com o acabamento, a oxidação, a sujeira, o ângulo e a temperatura. Use a tabela como ponto de partida e meça sempre que a temperatura absoluta for importante.

Uma regra prática: abaixo de cerca de 0,5, qualquer medição absoluta precisa de muito cuidado. Abaixo de 0,2, é melhor criar um alvo de emissividade alta do que confiar no ajuste da câmera.

Transmissividade, janelas infravermelho e o que fica no caminho

Transmissividade é a fração da radiação que atravessa um meio. Ela importa sempre que existe algo entre a câmera e o objeto.

• Atmosfera: em distâncias curtas, quase toda a radiação passa. Em distâncias maiores, a câmera corrige a atenuação com os dados de distância, temperatura do ar e umidade relativa. Por isso vale preencher esses campos.
• Vidro comum: é opaco no infravermelho de onda longa. Uma câmera apontada para um visor de vidro mede o vidro e o que ele reflete, não o que está atrás. Acrílico e policarbonato também bloqueiam a maior parte da radiação.
• Janelas infravermelho: são visores feitos de materiais que deixam o infravermelho passar, instalados em painéis para inspeção com a porta fechada. Elas não são perfeitamente transparentes. Informe na câmera a transmissão da janela indicada pelo fabricante, confirme se o material é compatível com a faixa espectral da câmera e mantenha a janela limpa.
• Fumaça, vapor, poeira e chuva: atenuam e espalham a radiação, e a leitura cai.

Checklist antes de registrar uma medição

1. Emissividade definida para aquele material e acabamento, de preferência medida.
2. Temperatura refletida medida no local e na orientação da superfície.
3. Distância, temperatura do ar e umidade informadas.
4. Transmissão de janela ou ótica externa informada, quando houver.
5. Visada o mais perpendicular possível e sem reflexos na área de interesse.
6. Imagem em foco: o foco errado também altera a temperatura medida.
7. Alvo grande o bastante para a distância e a lente usadas.
8. Todos esses parâmetros anotados no laudo de termografia, para que a medição possa ser repetida e auditada.

Os mesmos cuidados valem para termômetros infravermelhos, que também dependem da emissividade. A diferença está na área medida e na falta de imagem, como mostra o comparativo entre termômetros infravermelhos e câmeras térmicas.

Perguntas frequentes

Qual emissividade usar quando não sei o material?

Comece por uma tabela confiável e, se a temperatura absoluta importar, meça no objeto com o método da fita ou do termômetro de contato. Em metais nus, crie um alvo de emissividade alta.

Dá para medir metal polido com câmera térmica?

Dá para ver aquecimento por comparação, mas a medição absoluta fica pouco confiável. Use fita ou tinta de emissividade conhecida, ou meça em uma parte oxidada, pintada ou em uma cavidade.

A cor da superfície muda a emissividade?

No infravermelho de onda longa, a cor visível influi pouco. O que pesa é o material e o acabamento: fosco ou brilhante, oxidado ou polido.

A câmera térmica mede através de vidro?

Não. O vidro comum é opaco no infravermelho de onda longa. Para inspecionar sem abrir a porta de um painel, use janelas infravermelho próprias para isso.

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