Medição correta da dose UV e da irradiância
A irradiância e a dose UV descrevem propriedades diferentes de um processo UV. A irradiância é a potência radiante instantânea por área; a dose – em terminologia normativa, a exposição radiante – é sua integral ao longo do tempo. Resultados confiáveis exigem que a faixa espectral, a faixa de medição, a fonte de calibração, a distância de medição e a geometria de medição correspondam à aplicação. Para processos em movimento, soma-se ainda o perfil temporal da irradiação.
Esta página esclarece as grandezas, indica as influências sobre o resultado da medição e mostra qual classe de instrumento resolve qual tarefa. A seleção de instrumentos específicos é abordada na categoria Medidores UV e radiômetros.
Irradiância, exposição radiante e dose
A irradiância E é a potência radiante que incide sobre uma superfície, expressa em W/m² ou – comumente na engenharia UV – em mW/cm². A exposição radiante H é sua integral ao longo do tempo, expressa em J/m² ou mJ/cm². Quando a irradiância é constante ao longo do tempo, H = E · t; quando ela varia, o perfil real deve ser integrado.
Na prática, a exposição radiante costuma ser chamada de "dose". O termo é consagrado, mas impreciso: no tratamento de água por desinfecção, a fluência descreve a radiação que incide sobre um elemento de volume vindo de todas as direções, enquanto na fotobiologia a dose é adicionalmente ponderada com um espectro de ação. Por isso, quem compara valores entre plantas, fornecedores ou relatórios de ensaio deve sempre indicar qual grandeza, qual faixa espectral e qual geometria de medição estão sendo consideradas.
Grandezas, unidades e significado
| Grandeza | Unidade | Significado |
|---|---|---|
| Irradiância E | W/m², mW/cm² | potência radiante instantânea por área no ponto de medição |
| Exposição radiante H ("dose") | J/m², mJ/cm² | integral da irradiância ao longo do tempo |
| Irradiância espectral E(λ) | W/(m²·nm) | distribuição da irradiância em função do comprimento de onda |
| Fluência | J/m² | radiação incidente em um elemento de volume a partir de todas as direções |
| Irradiância efetiva | W/m² | ponderada espectralmente com um espectro de ação, por exemplo eritematicamente efetiva |
| Densidade de fluxo de fótons (PPFD) | µmol/(m²·s) | número de fótons por área e tempo, comum em fotobiologia |
O que determina o resultado da medição
Uma leitura só é tão confiável quanto as condições sob as quais foi realizada. Cinco influências decidem:
- Responsividade espectral. Um radiômetro de banda larga avalia a fonte com a curva de responsividade do seu sensor. Se o espectro da fonte diferir da fonte de calibração, ocorre incompatibilidade espectral – sistematicamente o maior erro quando as fontes mudam.
- Geometria de medição. A irradiância de uma fonte extensa ou de área requer óptica de entrada com correção de cosseno. Sem correção de cosseno, a radiação incidente obliquamente é subestimada.
- Distância e plano de medição. Meça onde o processo ocorre – no plano do componente ou da amostra, não no feixe livre. Para fontes pontuais e de spot, a irradiância varia fortemente com a distância.
- Calibração. A calibração deve corresponder à faixa espectral, à faixa de medição e, na medida do possível, ao tipo de fonte utilizada, e deve ser documentada de forma rastreável.
- Faixa de medição, linearidade e temperatura. Irradiância muito alta, fontes pulsadas e temperaturas elevadas no ponto de medição limitam os sensores que podem ser utilizados.
As calibrações de radiômetros e sensores UV são realizadas pelo laboratório de calibração credenciado; o procedimento está descrito em Calibração UV.
Medição estática ou no processo
Com uma fonte estacionária e uma peça estacionária, uma medição estática da irradiância no plano do componente é suficiente; a dose resulta da irradiância e do tempo de exposição. Assim que a peça ou a fonte se move, a irradiância na peça passa a depender do tempo. A irradiância de pico, o perfil temporal e a dose integrada a partir dele precisam então ser registrados – uma única leitura estática sob a lâmpada não descreve o processo.
Como essa medição é configurada em linhas transportadoras, de impressão e de passagem contínua é abordado na página Medição UV para sistemas transportadores.
Qual instrumento é adequado para qual tarefa
- Fonte estável com espectro conhecido, medição pontual: um radiômetro de banda larga calibrado, como o RMD Pro ou o RM-12, com o sensor adequado à faixa espectral.
- Fontes variáveis, comprimentos de onda de LED, estudos de envelhecimento: um instrumento de medição espectral, como o UVpad, o UVpad E ou o SR900, em laboratório.
- Dose no processo em andamento: registradores planos, como o curelog ou o tinyTracker, que percorrem a linha junto com a peça.
- Monitoramento permanente da planta: sensores UV instalados de forma permanente, com a eletrônica de avaliação adequada.
O mesmo vale para cada uma dessas cadeias: sensor, avaliação e calibração devem corresponder ao valor de processo a ser comprovado. Um auxílio de seleção por tarefa de medição está disponível na categoria medidores UV, e a distinção entre as classes de instrumentos na página espectrorradiômetro ou radiômetro de banda larga.
Perguntas frequentes sobre irradiância e dose
Qual grandeza deve ser monitorada em um sistema UV?
Principalmente a irradiância em W/m² no ponto acessível mais próximo do processo e, a partir dela, a dose como integral temporal em J/m². Para conversão: 10 W/m² correspondem a 1 mW/cm². A temperatura do sensor e da fonte devem ser consideradas junto a elas. Uma janela de processo precisa ser especificada em duas dimensões, com um limite inferior e um limite superior para ambas as grandezas. A potência elétrica da lâmpada não é uma grandeza medida do processo.
Em que ponto do processo a medição é realizada?
No nível da peça ou amostra, onde o processo efetivamente ocorre – não no feixe livre e não no alojamento da lâmpada. Fontes extensas e fontes de área exigem óptica de entrada com correção cosseno, caso contrário a radiação incidente obliquamente é subponderada. Com fontes pontuais e fontes tipo spot, a irradiância varia fortemente com a distância; como regra prática, a distância de medição deve ser de pelo menos 10 vezes a maior dimensão da área emissora.
Qual é a irradiância de um sistema UV em comparação com o sol?
A referência é o sol ao nível do solo: em condições ideais, cerca de 1.000 W/m² de radiação global, dos quais aproximadamente 62 W/m² correspondem a UVA e 5,6 W/m² a UVB. Uma câmara de teste UVA com 80 W/m² está, portanto, 1,3 vez acima desse valor, e uma câmara UVB com 50 W/m² está nove vezes acima. Sistemas UV-LED alcançam 8.000 W/m² e mais, aproximadamente 130 vezes o UVA solar. Na faixa UVC não é possível fazer comparação, pois a radiação abaixo de 280 nm não atinge a superfície da Terra. Todo fator desse tipo vem acompanhado de duas outras informações: a faixa espectral a que se refere e o plano de medição em que foi medido – sem ambos, o número não pode ser verificado.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia é o diretor-gerente da Opsytec Dr. Gröbel GmbH em Ettlingen e chefia o laboratório de calibração acreditado. Após suas pesquisas sobre descargas de excímero de xenônio pulsado no Institute of Lighting Technology do KIT, seu foco atual é a medição de radiação óptica. Ele é vice-presidente do comitê de normas DIN FNL 7 "Optical radiation" e membro do grupo de projeto da DVGW sobre desinfecção por UV.
