Introducción

Un termómetro infrarrojo no mide directamente la temperatura. Detecta la radiación infrarroja que llega desde la superficie del objeto y calcula a partir de ella la temperatura correspondiente.

En una medición real, la radiación recibida puede estar formada por dos componentes: la radiación emitida por el propio objeto y la radiación procedente del entorno que se refleja en la superficie hacia el instrumento.

Este segundo componente está relacionado con la temperatura de fondo reflejada.

En materiales de alta emisividad, su influencia suele ser relativamente pequeña. Sin embargo, los metales pulidos y otras superficies de baja emisividad pueden reflejar con intensidad la radiación procedente de hornos, tuberías calientes, luminarias, personas o entornos fríos.

Puntos clave

● El termómetro infrarrojo no siempre recibe únicamente radiación procedente del objeto medido.
● Cuanto menor sea la emisividad de la superficie, mayor puede ser la influencia de la radiación ambiental reflejada.
● Un fondo caliente puede elevar la lectura, mientras que un fondo frío puede reducirla.
● Los metales brillantes y otros materiales de baja emisividad son especialmente sensibles a este efecto.
● Un ajuste correcto de la emisividad y unas condiciones de medición adecuadas ayudan a reducir los errores por reflexión.

¿Qué es la temperatura de fondo reflejada?

La temperatura de fondo reflejada puede entenderse como la temperatura radiativa equivalente del entorno cuya radiación infrarroja es reflejada por la superficie del objeto hacia el termómetro infrarrojo.

No tiene por qué coincidir con la temperatura del aire ambiente.

Por ejemplo, un taller puede encontrarse a 25°C mientras que junto al objeto medido existe un horno a alta temperatura. Una superficie metálica brillante puede reflejar una cantidad considerable de la radiación emitida por el horno. En esas condiciones, la temperatura reflejada efectiva puede ser muy superior a 25°C.

Del mismo modo, una superficie orientada hacia una pared fría, un equipo de refrigeración u otro fondo de baja temperatura puede reflejar un nivel de radiación menor.

Por tanto, debe considerarse principalmente el entorno radiativo que puede “ver” y reflejar la superficie medida, y no únicamente la temperatura del aire.

¿Por qué la radiación reflejada afecta a la medición?

Las superficies reales pueden emitir y reflejar radiación infrarroja al mismo tiempo.

De forma simplificada, la radiación recibida por el termómetro puede expresarse como:

Radiación recibida ≈ radiación emitida por el objeto + radiación ambiental reflejada

También puede representarse aproximadamente como:

Radiación recibida ≈ ε × radiación del objeto + (1 − ε) × radiación de fondo reflejada

donde ε representa la emisividad de la superficie.

Cuando la emisividad se aproxima a 1, predomina la radiación propia del objeto y la influencia del fondo es relativamente pequeña.

Cuando la emisividad es baja, disminuye la proporción de radiación emitida por el propio objeto y aumenta la importancia relativa de la radiación ambiental reflejada.

Por este motivo, las superficies pintadas, el caucho, los plásticos y muchos otros materiales de alta emisividad suelen ofrecer mediciones más estables que el aluminio pulido, el acero inoxidable brillante, el cobre y otros metales de baja emisividad.

¿Por qué un fondo caliente puede hacer que la lectura sea demasiado alta?

Supongamos que se desea medir una placa metálica brillante relativamente fría situada cerca de un horno, una tubería caliente u otra fuente de alta temperatura.

La fuente caliente emite una fuerte radiación infrarroja. Parte de esa radiación alcanza la superficie metálica, se refleja y entra en el termómetro infrarrojo.

El instrumento no puede separar de forma directa:

● La radiación emitida realmente por el metal;
● La radiación procedente del entorno caliente y reflejada por el metal.

Si la contribución reflejada es importante y no se compensa correctamente, el instrumento puede interpretar parte de esa energía adicional como si procediera del propio objeto.

Como resultado, la temperatura indicada puede ser superior a la temperatura real de la superficie.

Cuanto menor sea la emisividad, mayor puede ser este efecto.

¿También puede afectar un fondo frío?

Sí.

La temperatura de fondo reflejada puede hacer que la lectura sea tanto superior como inferior a la temperatura real.

Por ejemplo, si una superficie metálica caliente de baja emisividad se encuentra frente a un fondo considerablemente más frío, la radiación reflejada desde ese fondo será relativamente baja.

Si la emisividad y la temperatura reflejada no se tienen en cuenta correctamente, la temperatura calculada puede resultar inferior a la temperatura real de la superficie.

Como orientación general:

● Un fondo claramente más caliente que el objeto tiende a aumentar la lectura;
● Un fondo claramente más frío tiende a reducirla;
● Cuanto menor sea la emisividad, mayor puede ser la influencia del entorno.

¿Por qué los metales brillantes son especialmente sensibles?

Los metales brillantes suelen presentar una baja emisividad infrarroja y una elevada reflectividad.

Desde el punto de vista de un termómetro infrarrojo, una superficie metálica pulida puede comportarse en cierta medida como un “espejo infrarrojo”.

Al medir, por ejemplo, una tubería de acero inoxidable brillante, la radiación detectada puede estar influida por:

● La propia temperatura de la tubería;
● Maquinaria caliente cercana;
● Hornos o tuberías a alta temperatura;
● La radiación térmica del operario;
● Paredes, techos y otros equipos del entorno;
● Superficies calentadas por la radiación solar.

Por esta razón, cambiar la posición o el ángulo de medición puede producir una lectura diferente aunque la temperatura real del objeto apenas haya cambiado.

Esto no significa necesariamente que el termómetro esté averiado. Puede deberse simplemente a un cambio en las condiciones radiativas.

¿Qué relación existe entre la emisividad y la temperatura reflejada?

La emisividad es uno de los parámetros fundamentales para determinar cuánto puede influir la radiación reflejada del entorno.

En una superficie opaca, puede considerarse de forma simplificada que cuanto mayor sea su capacidad para emitir radiación infrarroja, menor será generalmente su capacidad de reflejarla. Por el contrario, las superficies de baja emisividad suelen reflejar una proporción mayor de la radiación ambiental.

En la práctica:

● Superficies de alta emisividad: predomina la radiación propia del objeto y la influencia del fondo suele ser menor;
● Superficies de baja emisividad: la radiación propia tiene menos peso en la señal total y las reflexiones adquieren mayor importancia.

Por tanto, ajustar correctamente la emisividad no elimina automáticamente todos los errores.

Si la emisividad es muy baja y las temperaturas del entorno difieren mucho de la temperatura del objeto, la radiación reflejada puede seguir siendo una fuente importante de incertidumbre.

¿Por qué el ángulo de medición también puede cambiar el error de reflexión?

En superficies reflectantes, la posición y el ángulo del termómetro influyen en la radiación ambiental que se refleja hacia el instrumento.

Al medir una placa metálica brillante, por ejemplo, un determinado ángulo puede reflejar directamente hacia el termómetro la radiación procedente de una máquina caliente. Al cambiar la posición, esta contribución puede disminuir considerablemente.

Conviene considerar la influencia de las reflexiones cuando:

● La temperatura indicada cambia notablemente al variar el ángulo de medición;
● La lectura cambia cuando el operario modifica su posición;
● El encendido o apagado de equipos próximos modifica el resultado;
● Las mediciones realizadas desde diferentes direcciones presentan diferencias significativas.

Estas variaciones no deben atribuirse automáticamente a cambios reales de temperatura del objeto.

¿Cómo pueden reducirse los errores causados por la temperatura reflejada?

En primer lugar, es necesario conocer el material y el estado superficial del objeto para utilizar un valor de emisividad adecuado.

● Ajustar correctamente la emisividad. Si el termómetro permite modificarla, debe utilizarse un valor adecuado al material y al estado real de la superficie.
● Evitar fondos muy calientes o muy fríos. Siempre que sea posible, debe elegirse una posición de medición que reduzca las reflexiones procedentes de hornos, tuberías calientes, calefactores, equipos de refrigeración u otras fuentes térmicas intensas.
● Mantener constantes las condiciones de medición. Para comparaciones o seguimiento de tendencias, conviene mantener la misma distancia, ángulo, posición y condiciones ambientales.
● Mejorar la superficie de medición en materiales de baja emisividad. Cuando el proceso lo permita, puede utilizarse cinta de alta emisividad, un recubrimiento adecuado u otra superficie de referencia con emisividad conocida. Debe esperarse a que alcance el equilibrio térmico con el objeto antes de medir.
● Utilizar compensación de temperatura reflejada cuando esté disponible. Algunos instrumentos profesionales permiten introducir un valor de temperatura reflejada. Este valor debe representar el entorno radiativo real y no asumirse automáticamente como igual a la temperatura del aire.
● Evitar que el propio operario se convierta en una fuente reflejada. En superficies muy brillantes, la radiación infrarroja del cuerpo humano puede reflejarse hacia el instrumento.

En aplicaciones exigentes con superficies de emisividad muy baja y un entorno radiativo difícil de controlar, un termómetro infrarrojo convencional puede no proporcionar una temperatura absoluta con la fiabilidad necesaria.

¿Cómo identificar en la práctica una influencia importante de las reflexiones?

Puede realizarse una comprobación sencilla de repetibilidad.

Mantenga el objeto sin cambios y modifique ligeramente la posición o el ángulo de medición. Si la temperatura indicada cambia de forma significativa y el objeto no puede haber cambiado realmente de temperatura con tanta rapidez, conviene investigar la influencia de la radiación reflejada.

También puede comprobarse:

● Si la superficie es pulida o altamente reflectante;
● Si existen hornos, tuberías calientes, calefactores u otras fuentes térmicas próximas;
● Si el operario puede aparecer reflejado térmicamente en la superficie;
● Si la lectura cambia de forma importante al modificar la dirección de medición;
● Si una zona de referencia de alta emisividad produce un resultado más estable.

Estas observaciones ayudan a determinar si la radiación de fondo reflejada está contribuyendo al error de medición.

FAQ

¿La temperatura de fondo reflejada es igual a la temperatura ambiente?
No. El aire puede estar a 25°C mientras que una superficie refleja la radiación de un horno a varios cientos de grados. La temperatura reflejada representa el entorno radiativo y no únicamente la temperatura del aire.

¿Por qué los objetos negros suelen verse menos afectados por las reflexiones?
Muchas superficies negras, rugosas o no metálicas presentan una alta emisividad infrarroja. Por ello, su propia radiación representa una proporción mayor de la señal total. Sin embargo, el color visible por sí solo no permite determinar la emisividad.

¿Basta con reducir el ajuste de emisividad para medir acero inoxidable pulido?
No siempre. Ajustar correctamente la emisividad es importante, pero las superficies de baja emisividad también reflejan intensamente la radiación del entorno. Si existe una gran diferencia de temperatura entre el fondo y el objeto, pueden mantenerse errores significativos.

¿Puede el cuerpo del operario influir en la medición infrarroja?
Sí. En superficies muy reflectantes y de baja emisividad, la radiación infrarroja emitida por el cuerpo humano puede reflejarse hacia el termómetro.

¿Puede una cinta de alta emisividad mejorar la medición?
Sí. Cuando el material y el proceso lo permitan, una cinta con emisividad conocida puede reducir considerablemente los errores debidos a las reflexiones. Antes de medir, debe alcanzar el equilibrio térmico con la superficie.

Conclusión

La temperatura de fondo reflejada afecta a las mediciones por infrarrojos porque la radiación recibida por el termómetro no procede necesariamente en su totalidad del objeto medido.

Cuando la emisividad de la superficie es baja, una mayor proporción de la radiación ambiental puede reflejarse hacia el instrumento. Un fondo caliente puede elevar la lectura, mientras que un fondo frío puede reducirla.

Para realizar una medición infrarroja fiable no solo deben considerarse el rango de medida, la precisión y la distancia, sino también la emisividad, la temperatura de fondo reflejada, el ángulo de medición y el entorno radiativo.

Esto resulta especialmente importante al medir metales pulidos y otros materiales de baja emisividad, donde controlar las condiciones de reflexión y de medición puede ser más importante que limitarse a modificar los ajustes del instrumento.