UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO

Mediante la medición de la emisividad infrarroja, se trabaja en la mejora de las características de colectores solares térmicos

Investigadores del departamento de Física de la Materia Condensada de la UPV/EHU han desarrollado el único radiómetro de emisividad infrarroja existente en España. La universidad es, asimismo, uno de los pocos centros en el mundo que cuentan con este tipo de dispositivo. Numerosos centros de investigación y empresas han sacado provecho de esa posibilidad, y han establecido colaboraciones con este grupo de investigación, para obtener medidas absolutas y fiables de la emisividad de sus materiales, herramientas o componentes. En la colaboración más reciente en la que han participado, han trabajado en la mejora de la eficiencia de los colectores solares.

Todos los cuerpos u objetos, a cualquier temperatura por encima del cero absoluto, emiten calor en forma de radiación electromagnética. En temperaturas entre la temperatura ambiente y más de 1.000 oC, la emisión se realiza principalmente en el rango del infrarrojo medio, es decir, a longitudes de onda de entre 1,5 y 25 micras. La propiedad física que permite caracterizar esta radiación es la emisividad infrarroja. En el mercado no existen aparatos comerciales para medir esta magnitud, y en el mundo son pocos los centros que cuentan con un radiómetro. La UPV/EHU es uno de ellos, gracias al grupo de investigación que lo ha diseñado, construido y calibrado.

En ciertos sectores y para ciertas aplicaciones, es muy importante conocer la emisividad que tienen los materiales y componentes utilizados. “Desde el punto de vista más científico, a través de estas medidas se pueden determinar constantes ópticas o dieléctricas, y, desde el punto de vista práctico, son importantes para la medida de la temperatura por pirometría y a la hora de construir cualquier sistema en el que la temperatura sea un factor importante, como el aislamiento de un edificio, un horno, etc.”, señala Raúl Pérez, profesor del grupo de investigación que ha llevado a cabo el desarrollo de este dispositivo.

Según de qué tipo de aplicación se trate, “puede ser interesante que un material presente baja emisividad o alta, aunque es frecuente que se requiera lo que se denomina una emisividad selectiva, que significa que el material ha de tener una emisividad alta para cierto rango de longitudes de onda y baja para otros”, aclara el investigador.

Relacionado con esa última característica está la última colaboración en la que han participado. Han trabajado con colectores de energía solar térmica. “En ese caso, interesa que los materiales que recubren los tubos colectores por donde pasa el líquido que se calienta con la energía captada por los mismos absorban mucho en los rangos de longitud de onda en los que reciben la radiación solar (suele ser del rango visible), y emitan poco en el rango infrarrojo, que es el rango en el que emiten radiación los cuerpos”, explica el investigador.

Un método comparativo

El método de medición de la emisividad infrarroja desarrollado en el Departamento de Física de la Materia Condensada de la UPV/EHU es un método directo para medir la emisividad de cuerpos opacos, y consiste en comparar lo que emite el cuerpo en cuestión con lo que emite un cuerpo negro. El cuerpo negro se considera emisor ideal. Como emisor ideal, la radiación que emite un cuerpo negro está determinada de forma precisa por la ley de radiación de Planck. En el resto de materiales, sin embargo, la radiación que emiten está determinada “por múltiples parámetros que hacen que su modelización sea bastante complicada. En general, muestra dependencia con la temperatura, la longitud de onda y el ángulo de emisión, además del estado de la superficie, como rugosidad, porosidad, estado de oxidación, etc.”, detalla Pérez.

Desde que diseñaran el radiómetro en 2006 en respuesta a una solicitud de la empresa ITP, interesada en conocer la emisividad de una parte de las turbinas de los turbopropulsores que fabrican para aviones, han recibido “muchas solicitudes desde empresas para realizar estas mediciones, y a veces no hemos podido satisfacer toda la demanda recibida”, comenta el investigador. Con el paso del tiempo, además, han ido ampliando las capacidades del radiómetro, como el rango espectral que puede medir, o el rango de temperatura en el que puede trabajar la máquina.

Información complementaria

El equipo de investigación está formado por dos profesores, Manuel Tello y Raúl Pérez, y dos investigadores en formación, Telmo Echaniz e Iñigo Setién. Las investigaciones y desarrollos llevados a cabo en relación al radiómetro de emisividad infrarroja han dado lugar a dos tesis doctorales, además de numerosas publicaciones en revistas científicas internacionales. Entre las entidades con las que han colaborado se encuentran la empresa ITP, Mondragon Unibertsitatea, la Asociación EUROATOM-CIEMAT, el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y Tecnalia.

Referencia bibliográfica:

I. Setién-Fernández, T. Echániz, L. González-Fernández, R. B. Pérez-Sáez, M.J. Tello, (2014). “Spectral emissivity of copper and nickel in the mid-infrared range between 250 and 900 °C”. International Journal of Heat and Mass Transfer, 71: 549–554.

DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.063