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Optimización de un sistema dual de imagen infrarroja para aplicación en técnicas de análisis no invasivo

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2013-10-02
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2013-10-09
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La industria de materiales presenta un nivel de innovación continuo y cada día crece el número de aplicaciones en las que se emplean nuevos compuestos. Estos materiales sintéticos tienen propiedades muy bene ciosas en estructuras conocidas o incluso dan lugar a otras nuevas, un ejemplo de ello son los de bra de carbono en la industria aeronáutica, que destacan por su ligereza y resistencia mecánica. De hecho, actualmente el fuselaje de las últimas aeronaves está compuesto por algo más del 50% de materiales compuestos, lo que reduce su masa entre un 20 y un 30 %, con el correspondiente impacto en su consumo de combustible, emisiones de gases, tasas aeroportuarias, etc. Esta evolución requiere un análisis que valide cada material bajo los requisitos de seguridad y abilidad necesarios en cualquier sistema, máxime aplicados en la industria de transporte civil, y deben superar pruebas muy exigentes en todos los ámbitos, siendo la resistencia al fuego uno de ellos. En paralelo al desarrollo de nuevos materiales, la tecnología que permite su análisis cuantitativo también crece. Particularmente, la tecnología no invasiva y sin contacto presenta grandes bene cios, puesto que no inter ere en el comportamiento del material, componente o estructura. Hoy en día, en el caso particular de resistencia al fuego, se estudia dicho comportamiento aplicando una llama sobre una muestra de material y observando el tiempo que tarda en atravesar la llama el material. Es por tanto de gran interés para la industria una visión diferente y un estudio más exhaustivo y cuantitativo del comportamiento de estos nuevos materiales frente al fuego. La tecnología de imagen infrarroja es una herramienta de grandes prestaciones para estos nes, ya que: Permite analizar simultáneamente toda la super cie de un material. Permite el análisis a distancia. Permite la visión del interior del material, a través de la super cie. Permite el análisis del comportamiento en servicio de materiales. En este marco, el Laboratorio de Infrarrojos de la Universidad Carlos III de Madrid (LIR) dispone de cámaras infrarrojas que permiten el análisis cuantitativo. Particularmente, en el seno de este grupo se realiza la medida con precisión de la respuesta al fuego de materiales, componentes y estructuras. La instrumentación infrarroja permite realizar medidas no invasivas (a distancia y sin interferir en el ensayo), medir la temperatura del objeto sometido a fuego sin que inter era la llama mediante un análisis espectral, y además, se realiza el análisis con gran resolución espacial: no sólo se obtienen valores de temperatura en el punto determinado de la probeta que nos ofrecería un termopar, sino en todos los puntos de la misma y con una resolución espacial muy alta. En la gura 1a mostramos una imagen de la cara caliente de un panel de composite sometido a fuego, y en las guras 1b, 1c y 1d la evolución de la temperatura en tres puntos distintos del panel con diferente excitación térmica. A groso modo, podemos considerar una estructura de material sintético como un sistema con respuesta desconocida a una potente excitación térmica. Como en cualquier sistema con respuesta desconocida, esto se realiza introduciendo un estímulo conocido, que en nuestro caso será la llama de un quemador, y midiendo su temperatura en todo instante, tanto en la cara de la llama (cara caliente), como en la cara opuesta (cara fría). En la gura 2 se puede ver con más detalle esta evolución para el mismo punto de la probeta. Durante el proceso de medida, el material compuesto cambia su comportamiento debido a los efectos producidos en las distintas capas de materiales que lo componen, por lo que es preciso medir la respuesta durante un largo período de quema y con su ciente resolución temporal para apreciar los cambios. El sistema que permite determinar el comportamiento de estos objetos sometidos a fuego en el laboratorio, es el Sistema Dual de Per les Térmicos, cuyas principales funcionalidades son: Monitorizar en IR ambas caras del espécimen durante el ensayo. Sincronización temporal de ambas imágenes Corregistración espacial de ambas imágenes
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Keywords
Imágenes infrarrojas, Materiales, Perfiles térmicos, Optimización
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