Introducción
Los termómetros infrarrojos detectan la radiación infrarroja emitida por la superficie de un objeto. Por ello, pueden utilizarse no solo para medir sólidos, sino también numerosos líquidos sin contacto. No obstante, es importante tener presente una limitación fundamental: un termómetro infrarrojo normalmente mide la temperatura superficial del líquido, no su temperatura interna ni la temperatura media de todo el volumen.
En agua, aceites y determinados fluidos industriales, la medición infrarroja permite obtener rápidamente la temperatura de la superficie cuando las condiciones son adecuadas. Si se necesita conocer la temperatura interna, la temperatura media del líquido o realizar una medición de proceso de alta precisión, puede ser más apropiado utilizar un termopar, una RTD u otro sensor de temperatura por contacto.
Puntos clave
● Los termómetros infrarrojos pueden medir muchos líquidos, pero principalmente determinan su temperatura superficial.
● El agua y otros líquidos con alta emisividad suelen ser adecuados para la medición infrarroja, aunque el vapor, la espuma y el movimiento de la superficie pueden afectar a la lectura.
● Los aceites, productos químicos y materiales fundidos pueden presentar diferentes emisividades, por lo que el ajuste debe adaptarse al material real.
● Un termómetro infrarrojo no mide directamente la temperatura en las capas profundas de un líquido.
● Durante el calentamiento, el enfriamiento o la estratificación térmica, la temperatura superficial puede diferir considerablemente de la temperatura interna.
● La superficie objetivo debe cubrir completamente el área de medición del instrumento y conviene minimizar la influencia del vapor, los bordes del recipiente y las reflexiones intensas.
¿Puede medirse directamente un líquido con un termómetro infrarrojo?
Sí. En condiciones adecuadas, el termómetro puede apuntarse directamente a una superficie líquida expuesta para realizar una medición de temperatura sin contacto.
El instrumento no envía una señal al interior del líquido para determinar su temperatura interna. En su lugar, detecta la radiación infrarroja emitida por la superficie y calcula la temperatura a partir de la energía recibida, la emisividad configurada y el algoritmo interno de medición.
Por tanto, el principio es básicamente el mismo que al medir una superficie sólida: el instrumento obtiene información de radiación procedente de la superficie situada dentro de su campo de medición.
Entre las aplicaciones habituales se incluyen:
● Temperatura superficial del agua;
● Agua caliente o fría;
● Aceite de cocina o aceite industrial;
● Líquidos refrigerantes;
● Determinados productos químicos líquidos;
● Materias primas líquidas o baños de proceso.
Sin embargo, las propiedades de radiación infrarroja no son idénticas en todos los líquidos. Por este motivo, no debe asumirse que un mismo ajuste proporcionará la misma precisión en todos los casos.
¿Por qué el termómetro infrarrojo mide la temperatura superficial del líquido?
El termómetro infrarrojo detecta la radiación que llega a su sistema óptico desde la dirección del objetivo. En los modelos portátiles convencionales, la lectura corresponde principalmente a la temperatura de la superficie visible.
Por ejemplo, al apuntar a una taza de agua caliente, el instrumento mide principalmente la temperatura de la superficie del agua y no la temperatura del centro o del fondo de la taza.
Cuando el líquido está bien mezclado y presenta una temperatura uniforme, la temperatura superficial puede ser próxima a la interna. Sin embargo, durante un calentamiento o enfriamiento rápido, o cuando existe estratificación térmica, pueden aparecer diferencias importantes.
Por ejemplo:
● El líquido próximo al fondo de un recipiente calentado puede estar más caliente que la superficie;
● Un líquido caliente en reposo puede presentar diferencias entre sus capas superiores e inferiores;
● Durante el enfriamiento, la superficie puede perder calor más rápidamente que el interior;
● La agitación suele producir una temperatura más uniforme y hace que la medición superficial sea más representativa.
Por ello, una lectura infrarroja de superficie no debe interpretarse automáticamente como la temperatura interna del líquido.
¿Qué líquidos son adecuados para la medición infrarroja?
Muchos líquidos con una emisividad relativamente alta y estable son adecuados para medir su temperatura superficial mediante infrarrojos.
El agua es un ejemplo habitual. Dentro del rango espectral utilizado por muchos termómetros infrarrojos, la superficie del agua suele presentar una emisividad elevada. Con una distancia adecuada, unas condiciones ambientales favorables y una configuración correcta, normalmente pueden obtenerse lecturas estables.
Muchos aceites y otros líquidos también pueden medirse, aunque su emisividad puede variar según el tipo de líquido, el estado de la superficie y la temperatura.
Si se desconoce el comportamiento de un líquido y la precisión es importante, conviene conocer sus características de emisión infrarroja y ajustar la emisividad del instrumento en consecuencia.
¿En qué situaciones pueden producirse errores de medición?
Presencia abundante de vapor
Al medir agua caliente, agua en ebullición o fluidos de proceso a alta temperatura, puede haber vapor entre el termómetro y la superficie. Este vapor puede absorber, dispersar o emitir radiación infrarroja y modificar la señal que llega al detector.
Espuma en la superficie
La espuma presenta propiedades superficiales diferentes a las del líquido situado debajo. Si el instrumento apunta a la espuma, la lectura puede corresponder principalmente a la temperatura superficial de esta.
Superficie líquida en movimiento
Los líquidos en circulación, agitados o sometidos a vibraciones modifican continuamente el área medida y pueden producir lecturas inestables. En estos casos conviene realizar varias mediciones y observar el valor que se estabiliza.
Emisividad mal configurada
Los diferentes líquidos pueden tener emisividades distintas. Si la emisividad real difiere significativamente del valor configurado en el instrumento, puede producirse un error sistemático.
Área de medición mayor que la superficie del líquido
Los termómetros infrarrojos disponen de una relación distancia-punto (D:S). A medida que aumenta la distancia, normalmente también aumenta el diámetro del área de medición. Si el punto de medición supera la superficie líquida, el borde del recipiente, la mesa u otros objetos pueden entrar en el campo de visión y alterar el resultado.
Medición del recipiente en lugar del líquido
Si el líquido está dentro de una botella de vidrio, plástico u otro recipiente cerrado, apuntar a la pared exterior no significa medir directamente la temperatura del líquido. El instrumento medirá principalmente la temperatura de la superficie exterior del recipiente.
¿Puede medirse la temperatura de un líquido a través del vidrio?
Con la mayoría de los termómetros infrarrojos portátiles, el vidrio convencional no debe considerarse transparente a las longitudes de onda infrarrojas utilizadas por el instrumento.
Aunque el vidrio es transparente para la luz visible, no necesariamente lo es en el rango infrarrojo de onda larga utilizado por muchos termómetros portátiles. Al apuntar a un recipiente de vidrio, el instrumento detecta principalmente la radiación y las reflexiones asociadas a la superficie del vidrio.
Por tanto, la temperatura mostrada suele corresponder más a la superficie del vidrio que al líquido situado detrás.
Para medir líquidos dentro de botellas, vasos o detrás de una ventana de vidrio, es preferible medir directamente una superficie líquida expuesta o utilizar una sonda de temperatura por contacto adecuada.
¿Cómo medir correctamente un líquido con un termómetro infrarrojo?
Para obtener resultados de temperatura superficial más fiables:
● Apuntar directamente a una superficie líquida expuesta siempre que sea posible, evitando medir a través de vidrio convencional o plástico transparente;
● Ajustar correctamente la emisividad según el líquido, especialmente en instrumentos con emisividad regulable;
● Mantener una distancia adecuada para que la superficie líquida cubra por completo el área de medición;
● Evitar los bordes del recipiente para impedir que entren en el campo de visión;
● En líquidos a alta temperatura, reducir en lo posible la presencia de vapor entre el instrumento y la superficie;
● Si existe espuma, determinar si se desea medir la temperatura de la espuma o la del líquido situado debajo;
● Durante calentamientos o enfriamientos rápidos, recordar que la temperatura superficial puede no representar la temperatura interna;
● Cuando sea seguro y apropiado, mezclar el líquido antes de medir puede mejorar la uniformidad térmica;
● Realizar mediciones en varios puntos si es necesario para comprobar la uniformidad de la temperatura superficial.
¿Puede un termómetro infrarrojo medir agua hirviendo?
Sí, puede medir la temperatura superficial del agua en ebullición, aunque las condiciones de medición son más complejas.
Cuando el agua se aproxima al punto de ebullición, la superficie se mueve intensamente y se genera vapor. Estos factores pueden interferir en la trayectoria óptica. Además, distintas zonas de la superficie y el vapor situado sobre ella pueden presentar temperaturas ligeramente diferentes, lo que puede hacer fluctuar la lectura.
La medición infrarroja es adecuada para una comprobación rápida de la temperatura superficial. Sin embargo, cuando se requiere conocer con precisión la temperatura interna, especialmente en laboratorio, calibración o control de procesos, suele ser más adecuado utilizar una sonda de contacto.
También debe tenerse en cuenta que el agua no hierve exactamente a 100 °C en todas las condiciones. El punto de ebullición depende, entre otros factores, de la presión atmosférica y la altitud.
¿Puede un termómetro infrarrojo medir la temperatura del aceite?
En muchas aplicaciones, sí, siempre que las condiciones de medición sean adecuadas.
Los diferentes tipos de aceite pueden presentar emisividades superficiales distintas. El movimiento del líquido, el aspecto de la superficie, la temperatura, el humo o los vapores también pueden afectar a la medición.
En aplicaciones industriales, los termómetros infrarrojos son útiles para comprobar rápidamente y sin contacto la temperatura superficial de aceites lubricantes, aceites hidráulicos, fluidos térmicos y otros líquidos.
Sin embargo, si se necesita controlar con precisión la temperatura dentro de un depósito, una tubería o un recipiente, debe utilizarse un sensor de temperatura colocado en un punto de medición adecuado.
¿La temperatura superficial representa la temperatura interna del líquido?
No necesariamente.
La temperatura superficial es más representativa cuando el líquido presenta una distribución térmica uniforme y el intercambio de calor entre la superficie y el interior es relativamente estable.
Pueden existir diferencias importantes cuando:
● El líquido se está calentando rápidamente;
● El líquido se está enfriando rápidamente;
● Existe una fuente de calor localizada en el fondo o en la pared del recipiente;
● El líquido no se ha mezclado suficientemente;
● Existe estratificación térmica;
● La evaporación es intensa;
● La temperatura ambiente difiere considerablemente de la temperatura del líquido.
Si se necesita medir la temperatura en el centro, en el fondo, a una profundidad determinada o la temperatura media de todo el líquido, debe utilizarse una sonda de contacto adecuada para inmersión.
¿Cuándo debe utilizarse un termómetro de contacto?
La medición infrarroja y la medición por contacto responden a necesidades diferentes y no son métodos completamente intercambiables.
El termómetro infrarrojo es especialmente adecuado para comprobaciones rápidas, seguras y sin contacto de la temperatura superficial, por ejemplo en inspecciones rutinarias, líquidos en movimiento o puntos difíciles de alcanzar.
La medición por contacto suele ser más adecuada cuando:
● Se necesita conocer la temperatura interna del líquido;
● Deben medirse diferentes profundidades;
● Se requiere una supervisión continua durante largos periodos;
● Existen diferencias importantes entre la superficie y el interior;
● Se exige una mayor precisión;
● La emisividad del líquido es desconocida o varía significativamente;
● Hay vapor, humo u otras interferencias infrarrojas.
En aplicaciones industriales o de laboratorio exigentes, la medición infrarroja también puede utilizarse como método de comprobación rápida y confirmarse posteriormente mediante una medición por contacto.
FAQ
¿Puede un termómetro infrarrojo medir la temperatura del agua?
Sí, pero normalmente mide la temperatura de la superficie. Si el agua tiene una temperatura uniforme, la superficie puede estar próxima a la temperatura interna. Durante el calentamiento, el enfriamiento o la estratificación térmica, la diferencia puede ser importante.
¿Puede medir el agua caliente de una taza?
Sí, si se apunta directamente a la superficie expuesta del agua. Si se mide la pared de la taza, la lectura corresponderá principalmente a la temperatura superficial del recipiente.
¿Puede medirse un líquido a través de una botella de vidrio?
Por lo general, no. El vidrio convencional no es transparente a muchas de las longitudes de onda infrarrojas utilizadas por los termómetros portátiles. Normalmente se medirá la superficie del vidrio.
¿Puede un termómetro infrarrojo medir aceite de cocina?
Normalmente sí para la temperatura superficial. Sin embargo, la emisividad y el estado de la superficie pueden variar según el aceite. Cuando se requiere mayor precisión, debe configurarse correctamente la emisividad y, si es necesario, verificarse el resultado mediante una medición por contacto.
¿Puede medir líquidos en ebullición?
Sí, aunque el vapor, las burbujas y el movimiento de la superficie pueden hacer fluctuar las lecturas. Para determinar con precisión la temperatura interna, suele recomendarse una sonda de contacto.
¿Por qué el termómetro infrarrojo y una sonda indican temperaturas diferentes?
La causa más habitual es que miden en lugares distintos. El termómetro infrarrojo mide principalmente la superficie, mientras que una sonda sumergida mide el interior del líquido. La emisividad, el vapor, la distancia de medición y la estratificación térmica también pueden contribuir a la diferencia.
Conclusión
Un termómetro infrarrojo puede medir la temperatura de un líquido, pero principalmente determina su temperatura superficial. Para agua, aceite y numerosos fluidos industriales, la medición infrarroja ofrece una forma rápida y práctica de realizar controles sin contacto, siempre que la emisividad sea adecuada, la superficie cubra completamente el área de medición y las interferencias ambientales sean limitadas.
Sin embargo, la temperatura superficial no siempre coincide con la temperatura interna. El calentamiento, el enfriamiento, la estratificación térmica, la emisividad, el vapor, la espuma, la distancia de medición y el propio recipiente pueden afectar al resultado.
Para comprobaciones rápidas de temperatura superficial, un termómetro infrarrojo resulta muy útil. Cuando se necesita conocer con precisión la temperatura interna, una profundidad determinada o la temperatura media del líquido, debe seleccionarse un sensor de temperatura por contacto adecuado.
