Introducción
Una pregunta habitual al utilizar un termómetro infrarrojo es la siguiente: si el vidrio, el plástico transparente y otros materiales dejan pasar la luz, ¿por qué el instrumento no puede medir directamente la temperatura de un objeto situado detrás?
La razón es que un termómetro infrarrojo no detecta la luz visible. Detecta radiación infrarroja dentro de una determinada banda de longitudes de onda. Por tanto, que un material sea transparente para el ojo humano no significa que también sea transparente para la radiación infrarroja.
Por esta razón, afirmar que “los termómetros infrarrojos no pueden medir objetos transparentes” es una simplificación. En realidad, hay que determinar si el instrumento está midiendo la superficie del material transparente, el objeto situado detrás o una combinación de varias fuentes de radiación.
Puntos clave
● Los termómetros infrarrojos miden la radiación infrarroja procedente de una superficie, no la luz visible.
● Un material transparente en el espectro visible puede ser opaco en el infrarrojo.
● Los termómetros infrarrojos estándar normalmente no pueden medir con precisión un objeto a través de vidrio común.
● Con una emisividad correctamente ajustada y unas condiciones adecuadas, suelen poder medir la temperatura superficial del vidrio o de determinados plásticos transparentes.
● Si el material transmite parte de la radiación infrarroja, el instrumento puede recibir simultáneamente radiación del propio material, del objeto de fondo y del entorno reflejado.
● En materiales transparentes o semitransparentes deben considerarse la banda espectral, la emisividad, la transmitancia, la reflectancia y el espesor.
¿Cómo mide la temperatura un termómetro infrarrojo?
Un termómetro infrarrojo es un instrumento de medición de temperatura sin contacto. Todo objeto con una temperatura superior al cero absoluto emite radiación electromagnética, parte de la cual se encuentra en el espectro infrarrojo.
El sistema óptico recoge la radiación infrarroja procedente del área objetivo y la concentra sobre un detector infrarrojo. A partir de esta señal, el instrumento calcula la temperatura superficial teniendo en cuenta parámetros como la emisividad, las condiciones ambientales y sus algoritmos internos de procesamiento.
Por tanto, un termómetro infrarrojo no “ve” el color ni la transparencia como lo hace el ojo humano. Responde únicamente a la energía infrarroja que llega al detector dentro de su banda espectral de funcionamiento.
Muchos termómetros infrarrojos portátiles trabajan aproximadamente en la banda de 8–14 µm. Por ello, el comportamiento del material dentro de este intervalo es lo que determina si la medición puede realizarse de forma fiable.
¿Por qué la transparencia visible no implica transparencia infrarroja?
El ojo humano detecta principalmente luz visible en una banda aproximada de 0,4–0,7 µm, mientras que muchos termómetros infrarrojos trabajan a longitudes de onda considerablemente mayores.
Un mismo material puede presentar propiedades de transmisión completamente diferentes según la longitud de onda.
El vidrio común transmite bien la luz visible, lo que permite ver claramente los objetos situados detrás. Sin embargo, en la región infrarroja de onda larga utilizada por muchos termómetros infrarrojos convencionales, el vidrio ordinario no presenta el mismo nivel de transmisión.
Por este motivo, cuando se apunta un termómetro infrarrojo hacia una ventana de vidrio común, el instrumento normalmente no “ve” a través de ella. Detecta principalmente la radiación emitida por la propia superficie del vidrio, además de una parte de la radiación ambiental reflejada.
Por ello, medir agua caliente, maquinaria, paredes o personas a través de un vidrio normalmente no proporciona la temperatura real del objeto situado detrás.
¿Es imposible medir cualquier objeto transparente con un termómetro infrarrojo?
No.
Es importante diferenciar dos situaciones:
● Medir la temperatura superficial del propio material transparente: normalmente es posible.
● Medir un objeto a través del material transparente: normalmente no es posible con un termómetro infrarrojo estándar.
Por ejemplo, un termómetro infrarrojo típico que funcione en la banda de 8–14 µm puede medir la temperatura superficial de un vidrio común si la emisividad está correctamente ajustada y las condiciones de medición son adecuadas.
Sin embargo, si se pretende medir una taza de agua caliente situada detrás del vidrio, la lectura reflejará principalmente la temperatura de la superficie del vidrio y no la del agua.
Por tanto, la idea de que “como el vidrio es transparente, un termómetro infrarrojo debe poder medir a través de él” es incorrecta.
¿Por qué los materiales transparentes pueden provocar errores de medición?
Desde el punto de vista de la termometría infrarroja, deben considerarse tres fenómenos principales: emisión, reflexión y transmisión.
Si un material transmite parte de la radiación infrarroja, el termómetro puede recibir simultáneamente:
● la radiación infrarroja emitida por el propio material;
● la radiación del objeto situado detrás que atraviesa el material;
● la radiación del entorno reflejada por la superficie.
El detector recibe, por tanto, una señal combinada.
Si el instrumento interpreta esta señal como si procediera únicamente de una superficie opaca convencional, la lectura de temperatura puede presentar un error importante.
Cuanto menor sea el espesor del material, mayor sea su transmitancia infrarroja o mayor sea la diferencia de temperatura entre el material y el fondo, mayor puede ser la influencia de este efecto.
¿Por qué no se debe medir a través del vidrio?
Este es uno de los problemas prácticos más habituales.
Si se necesita medir la temperatura de un objeto situado dentro de una cámara, un vehículo, un recinto cerrado o detrás de una ventana, una medición realizada directamente a través de vidrio común con un termómetro infrarrojo portátil normalmente no proporcionará la verdadera temperatura superficial del objetivo.
Por ejemplo:
● Objeto detrás del vidrio: 35 °C;
● Superficie del vidrio: 22 °C;
● Medición realizada desde el exterior.
En esta situación, el termómetro probablemente mostrará un valor mucho más cercano a 22 °C que a los 35 °C reales del objeto.
Si es necesario medir el objeto situado detrás del vidrio, lo recomendable es abrir la ventana o el recinto, cambiar la posición de medición y apuntar directamente a la superficie del objetivo.
¿Qué ocurre con los plásticos transparentes?
Los plásticos transparentes presentan una situación más compleja que el vidrio común.
Materiales como PE, PP, PET, PC o PMMA pueden tener propiedades muy diferentes de transmisión, absorción y reflexión en el espectro infrarrojo. El espesor, los aditivos, el tratamiento superficial y la pigmentación también pueden modificar su comportamiento.
Por tanto, no se puede determinar si un plástico es adecuado para una medición infrarroja únicamente porque parezca transparente.
En mediciones generales de campo, si no se dispone de datos espectrales del material, una práctica recomendable es comparar la lectura infrarroja con una medición por contacto y ajustar la emisividad cuando proceda.
En aplicaciones industriales especializadas, como la extrusión de películas plásticas, el procesado del vidrio o determinados procesos de fabricación, puede ser necesario utilizar un pirómetro infrarrojo diseñado para una banda espectral específica.
¿Qué debe tenerse en cuenta al medir la superficie de un material transparente?
Si el objetivo es medir la temperatura superficial del vidrio o de un plástico transparente, conviene tener en cuenta los siguientes aspectos.
● Definir correctamente el objetivo de medición: confirmar que se desea medir la superficie transparente y no el objeto situado detrás.
● Ajustar correctamente la emisividad: un valor incorrecto puede afectar directamente al resultado.
● Evitar ángulos de medición excesivos: siempre que sea posible, apuntar de forma cercana a la perpendicular para reducir los efectos de reflexión.
● Considerar los objetos calientes del entorno: calefactores, lámparas, hornos y otras superficies calientes pueden reflejarse en la zona medida.
● Respetar la relación D:S: el área de medición debe quedar completamente dentro de la superficie objetivo.
● Verificar cuando se requiera mayor precisión: utilizar una sonda de temperatura por contacto adecuada cuando sea necesario.
¿Por qué la emisividad es especialmente importante en materiales transparentes?
Un termómetro infrarrojo calcula la temperatura a partir de la radiación térmica que recibe. La emisividad describe la capacidad de una superficie real para emitir radiación infrarroja en comparación con un cuerpo negro ideal.
Si la emisividad real del material difiere significativamente del valor configurado en el instrumento, la temperatura indicada puede ser incorrecta.
Además, en materiales transparentes la reflexión y la transmisión pueden ser relevantes, lo que hace que la medición sea más compleja que en superficies opacas de alta emisividad.
Los vidrios recubiertos, pulidos o sometidos a tratamientos especiales pueden presentar propiedades infrarrojas muy diferentes incluso cuando el material base es similar. Por ello, no se recomienda utilizar un único valor fijo de emisividad para todos los tipos de vidrio.
¿Cómo saber si se está midiendo el vidrio o el objeto situado detrás?
Un método sencillo consiste en modificar la temperatura del objeto situado detrás del vidrio y observar si la lectura infrarroja cambia de forma correspondiente.
Si la temperatura del objeto cambia considerablemente mientras que la lectura del termómetro apenas varía, el instrumento está midiendo principalmente la superficie del vidrio.
También puede medirse la temperatura de la superficie del vidrio con un termómetro de contacto. Si ambos resultados son similares, ello indica que el termómetro infrarrojo está detectando principalmente el vidrio.
Sin embargo, en aplicaciones de alta precisión no es recomendable basarse únicamente en comprobaciones empíricas. También deben considerarse la transmitancia espectral del material, la banda de funcionamiento del instrumento y las condiciones reales de calibración.
¿Cuándo se necesita un sistema infrarrojo especializado?
Los termómetros infrarrojos portátiles de uso general están diseñados principalmente para medir temperaturas superficiales y no son adecuados para todos los materiales transparentes o semitransparentes.
Puede ser necesario utilizar equipos infrarrojos especializados con una banda espectral específica en aplicaciones como:
● fabricación y tratamiento térmico del vidrio;
● extrusión y conformado de películas plásticas;
● monitorización de temperatura de materiales semiconductores;
● cristales y materiales ópticos especiales;
● medición a través de ventanas infrarrojas específicas;
● monitorización industrial de temperatura en línea de alta precisión.
En estas aplicaciones, la longitud de onda de medición se selecciona de acuerdo con las propiedades espectrales del material para maximizar la radiación útil procedente del objetivo y reducir los errores debidos a la transmisión o la reflexión.
FAQ
¿Puede un termómetro infrarrojo medir la temperatura del vidrio?
Sí. En condiciones adecuadas y con un ajuste correcto de la emisividad, un termómetro infrarrojo estándar puede medir la temperatura superficial del vidrio. En este caso mide la propia superficie del vidrio, no el objeto visible detrás.
¿Puede medirse un objeto exterior a través de una ventana?
Por lo general, no. El vidrio común impide que un termómetro infrarrojo convencional mida correctamente la superficie de un objeto situado detrás. Siempre que sea posible, abra la ventana y mida directamente el objetivo.
¿Por qué es incorrecta la medición de temperatura corporal a través del vidrio?
Porque el vidrio ordinario no transmite la radiación infrarroja de onda larga utilizada por muchos termómetros de la misma forma que transmite la luz visible. El instrumento detecta principalmente la superficie del vidrio.
¿Puede medirse una película de plástico transparente con un termómetro infrarrojo?
Depende del tipo de plástico, su espesor y la longitud de onda de medición. Algunas películas finas transmiten una cantidad significativa de radiación infrarroja en determinadas bandas, por lo que el instrumento puede detectar una combinación de la película y del fondo.
Si el láser atraviesa el vidrio, ¿por qué no puede medirse la temperatura del objeto situado detrás?
El láser solo sirve como ayuda de puntería. No es la señal utilizada para calcular la temperatura. Que la luz visible del láser atraviese el vidrio no significa que la radiación infrarroja detectada por el termómetro también pueda atravesarlo.
¿Todos los objetos transparentes son inadecuados para la medición infrarroja?
No. La posibilidad de medición depende de la emisividad, la reflectancia y la transmitancia en la banda espectral del instrumento. Muchos materiales transparentes pueden medirse en su propia superficie aunque no sea posible medir correctamente un objeto situado detrás.
Conclusión
La posibilidad de medir un objeto transparente con un termómetro infrarrojo no puede determinarse únicamente por su apariencia visual. Los factores decisivos son las propiedades de emisión, reflexión y transmisión del material dentro de la banda infrarroja de funcionamiento del instrumento.
El vidrio común es transparente para la luz visible, pero generalmente no lo es en la región infrarroja de onda larga utilizada por muchos termómetros infrarrojos portátiles. Por ello, el instrumento suele medir la superficie del vidrio y no el objeto situado detrás.
En el caso de plásticos transparentes, películas y otros materiales especiales, deben considerarse el tipo de material, el espesor, la banda espectral y las condiciones reales de medición.
El principio fundamental es: que un objetivo sea visible o que el láser pueda atravesar el material no significa que el termómetro infrarrojo pueda medir su temperatura real.
