Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han demostrado que la luz azul ordinaria se puede utilizar para mejorar significativamente la capacidad de ver objetos engullidos por grandes incendios de gas natural sin humo – como los utilizados en los laboratorios para el estudio del fuego y en ensayos de resistencia al mismo.
Tal como se describe en el artículo científico publicado en la revista Fire Technology, el método “NIST Blue-light imaging” puede ser una herramienta útil para obtener datos visuales en grandes incendios de ensayo donde las altas temperaturas podrían desactivar o destruir los sensores eléctricos y mecánicos convencionales.
El método proporciona una información detallada a los investigadores que utilizan análisis ópticos como la correlación de imágenes digitales (DIC), una técnica que compara imágenes sucesivas de un objeto a medida que se deforma bajo la influencia de las fuerzas aplicadas como la tensión o el calor. Al medir con precisión el movimiento de los píxeles individuales de una imagen a la siguiente, los científicos obtienen información valiosa sobre cómo responde el materials a lo largo del tiempo.
Sin embargo el usar DIC para estudiar cómo afecta el fuego a los materiales estructurales presenta un desafío especial: ¿cómo se obtienen imágenes con el nivel de claridad necesario para la investigación cuando hay llamas brillantes y de movimiento rápido entre la muestra y la cámara?
«El fuego hace que conformar imágenes en el espectro visible sean difíciles por tres cuestiones, la primera por el bloqueo completo de la señal debido al hollín y el humo, la segunda, las imágenes son oscurecidas por la intensidad de luz emitida por las llamas y finalmente son distorsionadas por los gradiantes térmicos en el aire caliente que hace que se refracte la luz” dijo Matt Hoehler, ingeniero estructural de investigación en el Laboratorio Nacional de Investigación de Incendios (NFRL) del NIST y uno de los autores del nuevo documento. «Debido a que a menudo usamos gases que no producen humo en nuestros ensayos, solo tuvimos que superar los problemas de brillo y distorsión».
Para hacer esto los investigadores tomaron prestado un truco de la industria del vidrio y del acero donde los fabricantes monitorean las características físicas de los materiales durante la producción mientras aún están calientes y brillantes.
«Los fabricantes de vidrio y acero a menudo usan láseres de luz azul para lidiar con la luz roja emitida por los materiales brillantes que pueden, en esencia, cegar sus sensores», dijo Hoehler. «Supusimos que si funciona con materiales calentados, también podría funcionar con llamas».
Hoehler y Smith utilizaron diodos emisores de luz azul (LED) comercialmente disponibles y de bajo costo con una longitud de onda de espectro estrecho de alrededor de 450 nanómetros para su experimento.
Inicialmente, los investigadores colocaron un objeto detrás del fuego de prueba a gas y lo iluminaron de tres maneras: con luz blanca sola, con luz azul dirigida a través de las llamas y con luz azul con un filtro óptico colocado frente a la cámara. La tercera opción resultó ser la mejor, reduciendo la intensidad observada de la llama 10.000 veces y produciendo imágenes muy detalladas.
Sin embargo, solo ver el objeto no fue suficiente para que el método de luz azul funcione para el análisis DIC, dijo Hoehler. Los investigadores también tuvieron que reducir la distorsión de la imagen causada por la refracción de la luz por la llama, un problema similar a la ilusión del «lápiz roto» que se ve cuando se coloca un lápiz en un vaso de agua.
«Afortunadamente, los comportamientos que queremos que revele el DIC, como tensión y deformación en un haz de acero calentado, son procesos lentos en relación a la distorsión inducida por la llama, por lo que solo tenemos que adquirir muchas imágenes, recopilar grandes cantidades de datos y promediar matemáticamente las mediciones para mejorar su precisión «, explicó Hoehler.
Para validar la efectividad de su método de imaginación, Hoehler y Smith, junto con los colaboradores canadienses John Gales y Seth Gatien, lo aplicaron a dos pruebas a gran escala. El primero examinó cómo el fuego dobla las vigas de acero y el otro observó lo que sucede cuando se produce una combustión parcial, carbonizando progresivamente un panel de madera. Para ambos, la imagen fue mejorada en gran medida.
En un próximo artículo de NIST en la revista Optica, los investigadores demuestran un sistema de detección y medición por láser (LADAR) para medir el cambio de volumen y el movimiento de objetos 3D que se derriten en llamas, aunque con cantidades moderadas de hollín y humo.
Créditos imagen portada: National Fire Research Laboratory/NIST
