O que é infra vermelho e por que ele aparece em todo lugar
O infravermelho é radiação eletromagnética com comprimento de onda maior que a luz visível, na faixa de aproximadamente 700 nanômetros a 1 milímetro. Ele fica entre o vermelho no espectro visível e as micro-ondas. A gente chama de "infra" vermelho porque está abaixo da frequência do vermelho, não acima. Isso significa menor energia por fóton, mas ainda assim suficiente para aquecer coisas. O conceito simples de que infravermelho é só calor é uma meia-verdade que causa erro todo dia. Quase tudo acima de menos 273 graus Celsius emite radiação infravermelha. Isso inclui seu corpo, sua mesa, o ar do quarto. O problema é que nem toda radiação infravermelha gera calor perceptível e nem todo calor que você sente vem do infravermelho. Convecção e condução fazem o resto. Um painel radiante de 500 watts aquece uma sala inteira por irradiação infravermelha direta. Um ventilador de 50 watts também esquenta o ar, mas por convecção. Os dois dão a mesma temperatura final, mas o mecanismo é completamente diferente.
Como entender na prática o que é infra vermelho
Quando você trabalha com sensores de temperatura por infravermelho, o primeiro erro que comete é apontar para uma superfície brilhante e ler um valor que não faz sentido. Emissividade resolve isso, mas a maioria dos termômetros pirométricos vêm com um valor fixo de 0,95 aplicado a tudo. Alumínio polido tem emissividade de 0,05. Isso significa que ele reflete radiação ambiente com força total. Se você medir alumínio polido com um pirômetro padrão, está basicamente medindo a temperatura do que está atrás de você, não do metal. A solução prática é aplicar fita isolante preta ou tinta fosca preta na superfície, esperar estabilizar e medir sobre ela. A fita tem emissividade de 0,94, próxima do padrão do instrumento. Você lê o valor correto da fita e sabe que o metal está na mesma temperatura. Eu perdi uma tarde inteira numa linha de produção porque um sensor de ponto quente apontava para uma correia transportadora de borracha preta e dava leitura consistente, mas a temperatura real do motor de acionamento estava 40 graus acima do esperado. O problema era que a radiação infravermelha da correia refletia nas laterais metálicas polidas do enclosure e o sensor captava esse reflexo junto com a assinatura térmica do motor. A correção foi instalar um tubo de visão com interior fosqueado entre o sensor e o ponto de medição, bloqueando os reflexos laterais. Isso reduziu a variância de leitura de mais de 30 graus para menos de 2 graus em medições repetidas.
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O espectro infravermelho se divide em regiões que praticamente não conversam entre si em aplicações práticas. O infravermelho próximo, de 0,7 a 1,4 micrômetros, é o que suas telecontrols usam e o que sensores de obstáculo de robótica captam. Ele se comporta de forma quase idêntica à luz visível: reflete, refrata, é bloqueado por materiais opacos. O infravermelho de onda média, de 3 a 8 micrômetros, é a janela onde a maioria dos corpos à temperatura ambiente emite com mais intensidade. Câmeras termográficas padrão operam nessa faixa. O infravermelho de onda longa, de 8 a 15 micrômetros, é onde a atmosfera terrestre tem menor absorção e onde a radiação de corpo negro atinge seu pico para temperaturas entre menos 50 e mais de 100 graus Celsius. Sensores meteorológicos e satélites de observação terrestre dependem dessa região. Uma coisa que poucos considérara correta é que a umidade relativa do ar altera drasticamente a transmissão infravermelha em distâncias maiores que 5 metros. Vapor d'água absorve fortemente em torno de 2,7, 3,6 e 6,3 micrômetros. Se você está medindo temperatura de um equipamento industrial a 10 metros de distância num dia úmido, a Atmósfera pode absorver entre 15 e 40 por cento da radiação na faixa de onda longa, dependendo da umidade exata. O resultado é uma leitura artificialmente baixa. A correção é reduzir a distância de medição ou aplicar fator de compensação baseado na medição simultânea de umetria. Não adianta calibrar o sensor com mais precisão se o meio entre o sensor e o alvo estiver absorvendo sinal.
Fibras ópticas comuns de sílica transmitem infravermelho próximo com excelente eficiência até cerca de 2 micrômetros. Acima disso, a absorção do vidro aumenta rapidamente e você precisa usar fibras de fluoreto de zircônio ou calcogenetos, que são muito mais caras e frágeis. Isso limita seriamente o uso de fibra óptica para transmissão de sinais infravermelhos de onda média e longa em aplicações industriais. Para essas faixas, o mais viável continua sendo espelhos e lentes, não fibras. A blindagem contra interferência infravermelha em sistemas eletrônicos sensíveis é outra área onde as pessoas erram feio. Uma tela de computador com backlight LED emite pulsações infravermilhas na frequência da PWM de realce. Se você tem um sensor óptico de proximidade ou um receptor IR perto do monitor, vai receber ruído constante. A solução não é aumentar a potência do sinal útil, é filtrar na frequência de operação do receptor. Modulação na faixa de 30 a 40 kHz é o padrão para controles remotos exatamente porque evita a maior parte do ruído ambiente. Se o seu sistema opera numa frequência diferente, use um filtro passa-banda estreito ao redor dela e descarte tudo que estiver fora da faixa.
Em resumo, o que é infra vermelho depende totalmente de qual parte do espectro você está usando e do que está tentando medir. A física é simples. A prática é cheia de armadilhas que só aparecem depois que você erra uma medição importante.
