Introducción
Al medir plásticos, caucho, recubrimientos y muchos otros materiales no metálicos, un termómetro infrarrojo suele ofrecer lecturas relativamente estables. Sin embargo, el comportamiento del acero inoxidable, especialmente cuando la superficie es brillante o está pulida, puede ser muy diferente. Las lecturas pueden fluctuar, las mediciones repetidas en el mismo punto pueden mostrar valores distintos o la temperatura indicada puede desviarse considerablemente de la temperatura real de la superficie.
Esto no significa necesariamente que exista un problema en el termómetro infrarrojo. El instrumento determina la temperatura a partir de la radiación infrarroja recibida desde la superficie del objetivo. En el acero inoxidable, la emisividad, la reflectividad y el estado superficial pueden variar considerablemente. Por este motivo, las superficies de baja emisividad y alta reflectividad son especialmente sensibles al entorno y a la técnica de medición.
Puntos clave
● Las superficies de acero inoxidable brillantes y pulidas suelen presentar una emisividad infrarroja relativamente baja.
● Una superficie de baja emisividad refleja una mayor proporción de la radiación infrarroja procedente del entorno.
● El termómetro puede recibir simultáneamente radiación emitida por el propio acero inoxidable y radiación de fondo reflejada.
● El pulido, la oxidación, la rugosidad, el aceite, la suciedad, los recubrimientos y otros tratamientos superficiales pueden modificar la emisividad real.
● Un ángulo incorrecto, una distancia excesiva o un objetivo demasiado pequeño pueden aumentar aún más el error de medición.
● Para aplicaciones más exigentes pueden utilizarse cinta de alta emisividad, recubrimientos adecuados o sensores de temperatura por contacto como método de verificación.
¿Por qué las mediciones infrarrojas sobre acero inoxidable suelen ser inestables?
Un termómetro infrarrojo no mide directamente la temperatura interna de un objeto. Detecta la radiación infrarroja emitida por la superficie dentro de un determinado rango espectral y calcula la temperatura superficial utilizando parámetros como la emisividad configurada.
Los distintos materiales no emiten radiación infrarroja con la misma eficacia.
El acero inoxidable, especialmente cuando presenta un acabado brillante o muy pulido, suele tener una emisividad baja y una reflectividad elevada. La radiación infrarroja que emite por sí mismo puede ser relativamente débil, mientras que la radiación procedente de paredes, maquinaria, equipos de calefacción, personas u otros objetos calientes puede reflejarse en su superficie y llegar hasta el detector.
Por tanto, la señal recibida por el instrumento no procede necesariamente solo del acero inoxidable.
Si cambia la posición del termómetro, del operador o de una fuente térmica próxima, también puede cambiar la cantidad de radiación de fondo reflejada hacia el instrumento. Como consecuencia, la temperatura indicada puede fluctuar aunque la temperatura real de la superficie permanezca prácticamente constante.
¿Por qué la emisividad es uno de los factores más importantes?
La emisividad describe la capacidad de una superficie para emitir radiación infrarroja. Generalmente se expresa mediante un valor comprendido entre 0 y 1.
Muchos materiales no metálicos comunes presentan una emisividad relativamente alta y, por tanto, resultan más fáciles de medir mediante infrarrojos. Las superficies metálicas, especialmente los metales limpios, brillantes y pulidos, suelen presentar valores considerablemente más bajos.
Si la emisividad configurada en el termómetro infrarrojo no se corresponde suficientemente con la emisividad real de la superficie de acero inoxidable, la temperatura calculada puede contener un error importante.
Por ejemplo, utilizar un ajuste pensado para materiales de alta emisividad sobre acero inoxidable brillante puede generar una lectura que no represente correctamente su temperatura superficial real.
También es importante tener en cuenta que no existe una única emisividad válida para todos los tipos de acero inoxidable.
La emisividad real puede variar en función de:
● Si la superficie es pulida a espejo, brillante o cepillada;
● El grado de oxidación;
● La rugosidad superficial;
● La presencia de aceite, polvo u otros contaminantes;
● La existencia de recubrimientos u otros tratamientos superficiales;
● El rango espectral infrarrojo del instrumento y el rango real de temperatura.
Por este motivo, seleccionar un único valor de emisividad simplemente porque el material es acero inoxidable no garantiza resultados exactos en todas las aplicaciones.
¿Por qué el entorno también afecta a la medición del acero inoxidable?
En una superficie de alta emisividad, la radiación emitida por el propio objetivo suele representar la mayor parte de la señal recibida. La influencia de la radiación de fondo reflejada es, por tanto, relativamente pequeña.
El acero inoxidable brillante se comporta de otra forma.
Debido a su emisividad relativamente baja, su reflectividad suele ser mayor. La radiación infrarroja procedente del entorno puede reflejarse en la superficie y entrar en el termómetro.
Por ejemplo, al medir la misma placa de acero inoxidable:
● Un equipo caliente cercano puede elevar la lectura debido a la radiación térmica reflejada;
● Si el operador cambia de posición, puede variar la reflexión de la radiación infrarroja emitida por su propio cuerpo;
● Un cambio del ángulo de medición puede hacer que otra zona del entorno se refleje hacia el detector;
● Una pared fría o un sistema de refrigeración cercano puede desplazar la lectura hacia una temperatura inferior.
Por tanto, los errores de medición sobre metales de baja emisividad pueden producirse tanto hacia valores superiores como inferiores. No debe suponerse que una superficie metálica reflectante siempre dará únicamente una lectura demasiado baja o demasiado alta.
¿Por qué puede cambiar la temperatura al modificar el ángulo de medición?
El ángulo de medición es un factor importante que con frecuencia se pasa por alto al medir acero inoxidable.
Las superficies metálicas brillantes reflejan intensamente la radiación. Cuando el termómetro se orienta hacia la superficie desde diferentes direcciones, distintas zonas del entorno pueden reflejarse hacia el detector, haciendo que cambie la temperatura indicada.
Con ángulos muy oblicuos, tanto las propiedades radiativas efectivas de la superficie como las condiciones de reflexión se vuelven todavía más complejas.
Siempre que sea posible, el termómetro infrarrojo debe orientarse aproximadamente perpendicular a la superficie y mantenerse un ángulo de medición constante.
Para mediciones comparativas o seguimiento de tendencias, mantener la misma posición, distancia y ángulo proporciona resultados mucho más comparables que modificar la geometría en cada medición.
¿Por qué distintos estados superficiales pueden producir temperaturas diferentes?
Incluso en una misma pieza de acero inoxidable, el estado de la superficie puede variar significativamente de una zona a otra.
Una sección puede estar pulida y otra cepillada. Una zona puede permanecer brillante mientras otra se ha oxidado. También pueden existir películas de aceite, suciedad u otros depósitos. Estas diferencias modifican las propiedades de absorción, emisión y reflexión de la radiación infrarroja.
Como resultado, un termómetro infrarrojo puede indicar diferentes temperaturas en distintas zonas aunque la temperatura real sea la misma.
Una diferencia en la temperatura infrarroja indicada no debe interpretarse automáticamente como una diferencia real de temperatura.
En superficies metálicas es necesario distinguir primero entre:
● Una variación real de temperatura;
● Una diferencia aparente causada por cambios de emisividad y estado superficial.
¿Pueden la distancia de medición y el tamaño del punto provocar fluctuaciones?
Sí.
Los termómetros infrarrojos tienen una determinada relación distancia-punto, normalmente expresada como D:S.
A medida que aumenta la distancia, también aumenta el área efectiva cubierta por la medición. Si la superficie de acero inoxidable no llena completamente el punto de medida, el termómetro puede captar también radiación infrarroja procedente de objetos situados alrededor o detrás del objetivo.
Por ejemplo, si se mide un tubo fino de acero inoxidable desde una distancia excesiva, el punto de medida puede ser mayor que el diámetro del tubo. En ese caso, una pared, una máquina u otro objeto situado detrás puede influir en el resultado.
Para reducir este efecto:
● Asegúrese de que el área útil del objetivo sea claramente mayor que el punto de medida;
● Seleccione una distancia adecuada de acuerdo con la relación D:S del instrumento;
● No confunda el punto láser visible con el área real de medición.
El láser se utiliza principalmente como ayuda de puntería. El área infrarroja realmente medida suele ser considerablemente mayor que el punto láser.
¿Cómo se puede mejorar la estabilidad al medir acero inoxidable?
En primer lugar, debe comprobarse si el termómetro infrarrojo permite ajustar la emisividad. Si dispone de esta función, el valor debe adaptarse en la medida de lo posible al estado real de la superficie, en lugar de utilizar el mismo ajuste para todos los materiales.
También pueden aplicarse las siguientes medidas:
● Siempre que sea posible, medir una zona oxidada, rugosa o con un tratamiento superficial estable en lugar de una superficie altamente pulida;
● Medir lo más perpendicularmente posible a la superficie y mantener constante el ángulo;
● Reducir las reflexiones procedentes de equipos calientes, personas u otras fuentes térmicas cercanas;
● Mantener una distancia de medición constante y asegurarse de que el objetivo cubra completamente el punto infrarrojo;
● En mediciones repetidas, mantener constantes en la medida de lo posible la posición, la distancia, el ángulo y las condiciones ambientales;
● No evaluar la temperatura a partir de una única lectura instantánea; observe si el valor presenta una tendencia estable.
En control de calidad, ensayos de laboratorio u otras aplicaciones con mayores requisitos de exactitud, la emisividad o la temperatura real de la superficie también debe verificarse mediante un método de referencia adecuado.
¿Por qué la cinta negra puede mejorar la medición sobre acero inoxidable?
Cuando las condiciones de la superficie y la temperatura lo permiten, puede colocarse sobre el acero inoxidable una pequeña pieza de cinta con una emisividad conocida o relativamente alta. Después de esperar a que la cinta y el metal alcancen un equilibrio térmico suficiente, se mide la zona cubierta.
El principio no consiste simplemente en que “el negro siempre se mide mejor”. El objetivo es crear una superficie con una emisividad mayor, más estable y mejor conocida.
En comparación con el acero inoxidable brillante, la cinta de alta emisividad suele verse menos afectada por la radiación infrarroja ambiental reflejada, por lo que la lectura tiende a ser más estable.
Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
● La cinta debe ser adecuada para la temperatura real de la superficie;
● Debe dejarse tiempo suficiente para que la cinta y el acero inoxidable alcancen el equilibrio térmico;
● Todo el punto de medida debe quedar dentro de la zona cubierta por la cinta;
● El instrumento debe configurarse de acuerdo con la emisividad real de la cinta.
No debe utilizarse este método si la temperatura puede hacer que la cinta se funda, se desprenda o se degrade, ni cuando su aplicación pueda interferir con el proceso de producción.
¿Cuándo no conviene confiar únicamente en un termómetro infrarrojo?
La medición infrarroja ofrece importantes ventajas: es rápida, no requiere contacto y permite medir objetivos móviles, muy calientes o de difícil acceso. Sin embargo, en superficies de acero inoxidable de baja emisividad y alta reflectividad, no siempre es adecuada como único método para determinar la temperatura absoluta.
Debe prestarse especial atención cuando:
● El acero inoxidable está muy pulido o presenta un acabado casi especular;
● Se requiere una elevada exactitud de temperatura absoluta;
● Existen fuentes de fondo claramente calientes o frías;
● No es posible determinar con fiabilidad la emisividad real;
● El área de medición es demasiado pequeña para cubrir completamente el punto del instrumento;
● La medición se utiliza para metrología, calibración o verificación experimental de alta precisión.
En estas situaciones puede utilizarse un termopar, una RTD u otro sensor de temperatura por contacto para realizar una comprobación cruzada. A partir de ese resultado pueden establecerse parámetros de medición infrarroja más fiables para la superficie concreta de acero inoxidable.
FAQ
● ¿Se puede medir acero inoxidable con un termómetro infrarrojo?
Sí. Sin embargo, el acero inoxidable, especialmente cuando es brillante, es uno de los materiales más difíciles de medir correctamente mediante infrarrojos. Es fundamental tener en cuenta la emisividad y la radiación de fondo reflejada.
● ¿Por qué cambia la lectura aunque mida repetidamente el mismo punto?
Además de los cambios reales de temperatura, la radiación de fondo reflejada, las variaciones del ángulo del instrumento, la posición del operador y los cambios en la cobertura del punto de medida pueden provocar fluctuaciones.
● ¿Qué emisividad debe configurarse para el acero inoxidable?
No existe un único valor válido para todas las superficies. La emisividad depende del grado de pulido, oxidación, rugosidad, contaminación, tratamiento superficial y condiciones de medición. Para trabajos precisos debe determinarse para la superficie real.
● ¿Por qué el acero inoxidable pulido es más difícil de medir que el acero inoxidable cepillado?
Las superficies muy pulidas suelen reflejar más radiación infrarroja y son más sensibles al entorno térmico. Pequeños cambios en las condiciones de medición pueden producir variaciones apreciables en la lectura.
● ¿Puedo simplemente configurar la emisividad en 0,95?
No se recomienda utilizar un valor fijo sin conocer las características reales de la superficie. Una emisividad de 0,95 es adecuada para muchos materiales de alta emisividad, pero no significa que sea apropiada para acero inoxidable brillante. Una diferencia importante respecto al valor real puede generar un error significativo.
● ¿La cinta negra proporciona siempre la temperatura real?
La cinta de alta emisividad puede mejorar notablemente las condiciones de medición de muchos metales de baja emisividad. Sin embargo, debe resistir la temperatura, alcanzar el equilibrio térmico con la superficie y medirse con el ajuste de emisividad adecuado. Cuando se requiere alta exactitud, debe verificarse también mediante un método de contacto.
Conclusión
Las fluctuaciones observadas al medir acero inoxidable con un termómetro infrarrojo no significan necesariamente que el instrumento sea inestable. Con mayor frecuencia, están relacionadas con la baja emisividad y la alta reflectividad infrarroja de la superficie.
En acero inoxidable brillante o pulido, la energía infrarroja recibida por el termómetro puede incluir tanto la radiación emitida por el propio objetivo como la radiación procedente del entorno y reflejada por la superficie. Por este motivo, el estado superficial, el ángulo de medición, el fondo térmico, la distancia y el tamaño del punto pueden influir de forma importante.
En la práctica, debe utilizarse una emisividad adecuada para la superficie concreta, mantener constantes la distancia y el ángulo, reducir las reflexiones de fuentes térmicas próximas y asegurarse de que el objetivo cubra completamente el punto de medida. Para aplicaciones más exigentes pueden emplearse cinta de alta emisividad, un recubrimiento adecuado o sensores de temperatura por contacto como apoyo y verificación.
En el acero inoxidable y otros metales de baja emisividad, comprender las propiedades radiativas de la superficie y controlar correctamente las condiciones de medición suele ser más importante que limitarse a seleccionar un termómetro infrarrojo con una especificación de exactitud nominal más alta.
