En profundidad
gro. La radiación emitida por una fuen-te
es parcialmente absorbida por el
material. El resto de la radiación o bien
es transmitida a través de dicho mate-rial
o bien, es reflejada por el mismo.
De este comportamiento, aparecen las
variables denominadas absortividad,
reflectividad y transmisividad que se
definen respectivamente como la rela-ción
entre la energía radiante absorbi-da,
reflejada o transmitiday la energía
radiante recibida por el material.
Todas estas variables son dependien-tes
de la longitud de onda y de la tem-peratura
del cuerpo. La relación entre
la energía radiante emitida por el ma-terial
respecto a la que emitiría si fuera
cuerpo negro, se define como la emi-sividad.
Si la emisividad de un mate-rial
no depende de la longitud de onda
se denomina cuerpo gris. En el caso
de los gases, éstos emiten, principal-mente,
en bandas estrechas de longi-tudes
de onda definidas por las molé-culas
que los conforman. Asumiendo
equilibrio térmico, la emisividad de los
gases será igual a su absortividad.
Además, si no hay una gran presencia
de partículas sólidas dentro del flujo,
la reflectividad es despreciable y, por
tanto, la emisividad quedará definida
únicamente por la transmisividad.
Los chorros de gases generados por
la combustión de propulsantes só-lidos
son una fuente importante de
radiación térmica. Esta radiación se
emite en pequeñas bandas del es-pectro
electromagnético que son
Figura 4. Banco base bleed
función de los compuestos presen-tes.
En particular, el CO2 representa el
principal producto dela combustión y
emite en una pequeña banda centra-da
en los 4,45 μm, dentro de lo que se
considera el infrarrojo medio (MWIR).
En base a esto, la determinación de
la temperatura de un chorro de gases
se puede hacer a partir de la energía
radiativa que emite dicho chorro y la
estimación de la emisividad del mis-mo.
Una simple división entre dicha
energía y la emisividad, nos permite
obtener la energía que emitiría el flui-do
si fuese un cuerpo negro ideal, y
de ahí, a través de la ley de Planck, la
temperatura del mismo.
Gracias al uso de cámaras termográfi-cas,
la emisión de radiación de un cuer-po
se puede medir directamente. Sin
embargo, la determinación de la emisi-vidad
de chorros de gases, requiere de
un conjunto de ensayos siguiendo una
metodología determinada.
La metodología propuesta para la de-terminación
de la emisividad emplea
una cámara termográfica y una fuente
de radiación conocida. Con ambos
equipos y realizando las siguientes
medidas esquematizadas en la figu-ra
1, se puede determinar empírica-mente
la emisividad de la pluma:
Medida 1: medición de la radiancia
de la fuente constante
Medida 2: medición de la radiancia
aparente del chorro
Medida 3: medición de la radiancia
de la fuente a través del chorro
La medida 3 se puede entender como
la suma de la medida 2 más la medida
1 afectada por la transmisividad de la
pluma. Tras una operación algebrai-ca
con estas medidas se obtiene la
transmisividad del chorro y, por tanto,
su emisividad.
Instalaciones y ensayos
Basados en esta metodología, se reali-zaron
pruebas preliminaresen la cáma-ra
de combustión de un aerorreactor
de la UPM (ver figura 2). De estos pri-meros
ensayos se alcanzó un grado de
madurez de la técnica y los primeros
Figura 5. Cuerpos negros
Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 65. Segundo trimestre 2020 25