Introducción
Un termómetro infrarrojo mide la temperatura superficial sin contacto detectando la radiación infrarroja emitida por el objeto.
Sin embargo, esa radiación debe atravesar el espacio existente entre el objeto y el detector. Si en esa trayectoria hay cantidades importantes de vapor, humo, polvo, niebla u otras partículas suspendidas, parte de la energía infrarroja puede absorberse o dispersarse. Estos medios también pueden emitir su propia radiación térmica.
Por tanto, el aire limpio suele tener muy poca influencia en las mediciones infrarrojas a corta distancia, mientras que el vapor denso, el humo, el polvo y las trayectorias atmosféricas largas pueden afectar de forma significativa a la precisión.
Puntos clave
● El aire limpio suele tener un efecto mínimo en las mediciones infrarrojas a corta distancia.
● El vapor denso puede absorber y dispersar la radiación infrarroja procedente del objeto.
● El humo, el hollín y el polvo pueden reducir la transmisión infrarroja y aportar su propia radiación térmica.
● A mayor distancia, la humedad, la absorción de los gases y las partículas suspendidas adquieren mayor importancia.
● El termómetro mide la radiación infrarroja dentro de su campo de visión; el láser solo sirve como ayuda de puntería.
● En presencia de vapor, humo o polvo, conviene mantener la trayectoria de medición lo más corta y despejada posible.
¿Por qué puede afectar el aire a una medición infrarroja?
El proceso básico puede resumirse de la siguiente forma:
El objeto emite radiación infrarroja → la radiación atraviesa la atmósfera → el sistema óptico la recoge → el detector recibe la energía → el instrumento calcula la temperatura.
Por tanto, el medio situado entre el objeto y el instrumento forma parte de la cadena de medición.
La atmósfera contiene vapor de agua, dióxido de carbono, aerosoles y otras sustancias que absorben la radiación infrarroja de forma diferente según la longitud de onda.
Muchos termómetros infrarrojos industriales trabajan dentro de ventanas de transmisión atmosférica, normalmente en regiones del infrarrojo de onda larga donde el aire presenta una transmisión relativamente alta.
Por ello, en mediciones normales a corta distancia, la influencia de la atmósfera suele ser reducida. A medida que aumenta la distancia o la concentración de vapor, humo y partículas, este efecto adquiere mayor importancia.
¿Cuánto influye el aire normal?
En la mayoría de las aplicaciones con termómetros infrarrojos portátiles, el aire limpio a distancias de unos pocos centímetros hasta varios metros suele producir un efecto muy pequeño.
Aplicaciones habituales:
● Carcasas de motores;
● Componentes de cuadros eléctricos;
● Tuberías y conductos HVAC;
● Superficies de maquinaria;
● Envases y embalajes;
● Paredes y suelos.
En estos casos, la emisividad, el tamaño del objetivo, la relación distancia-punto, las reflexiones del entorno y la precisión del instrumento suelen tener mayor importancia que el aire limpio.
En mediciones de varias decenas de metros, sin embargo, la absorción y la dispersión causadas por el vapor de agua, el dióxido de carbono y los aerosoles pueden acumularse.
¿Por qué afecta el vapor a la medición infrarroja?
El vapor es frecuente en salas de calderas, procesos alimentarios, sistemas de tuberías, tratamientos térmicos e instalaciones químicas.
Las moléculas de agua absorben radiación infrarroja en determinadas bandas espectrales. Si existe una elevada concentración de vapor entre el objeto y el instrumento, parte de la radiación procedente de la superficie puede atenuarse antes de llegar al detector.
Además, el propio vapor tiene una temperatura y emite radiación térmica.
Por tanto, el detector puede recibir simultáneamente:
● Radiación atenuada procedente del objeto;
● Radiación térmica emitida por el propio vapor.
La temperatura indicada puede quedar por encima o por debajo de la temperatura real de la superficie.
● Un objeto caliente observado a través de vapor más frío puede mostrar una temperatura inferior a la real.
● El vapor o los gases calientes pueden aumentar la energía recibida.
● Las variaciones en la densidad del vapor pueden producir lecturas inestables.
Si el objeto queda completamente oculto por vapor denso, un termómetro infrarrojo portátil convencional no suele ser adecuado para una medición superficial de alta precisión.
¿Qué diferencia hay entre vapor de agua y niebla visible?
El vapor de agua en estado gaseoso normalmente es invisible. La nube blanca que habitualmente se denomina “vapor” contiene, en muchos casos, pequeñas gotas de agua condensada.
Estas gotas pueden dispersar y bloquear adicionalmente la radiación infrarroja.
Por ello, una nube visible de vapor, niebla o condensación suele afectar más a la medición infrarroja que un ambiente simplemente húmedo.
Si resulta difícil distinguir visualmente el objeto a través de la niebla, también conviene interpretar con precaución la medición infrarroja.
¿Cómo afecta el humo a la medición infrarroja?
El humo suele estar formado por una mezcla de gases y partículas sólidas o líquidas suspendidas, como hollín, productos de combustión, gotas de aceite y polvo.
Cuando la radiación infrarroja atraviesa el humo:
● Parte de la radiación puede ser absorbida;
● Parte puede ser dispersada;
● Los gases y partículas calientes pueden emitir su propia radiación;
● El humo denso puede ocultar parcial o totalmente el objeto.
La influencia suele aumentar con la concentración de humo y la longitud de la trayectoria óptica.
Al medir hornos, conductos de gases o equipos de combustión, el detector puede recibir una señal combinada procedente del objeto, los gases y las partículas.
Por este motivo, una lectura obtenida a través de humo denso no debe interpretarse automáticamente como la temperatura real de la superficie situada detrás.
¿El polvo también puede afectar a la medición?
Sí.
En plantas de cemento, minería, procesamiento de madera, mecanizado de metales y otros entornos con mucho polvo, las partículas suspendidas pueden absorber o dispersar la radiación infrarroja.
Una concentración reducida de polvo suele tener poca influencia. Una nube densa de polvo entre el instrumento y el objeto puede aumentar considerablemente la incertidumbre.
Además, el polvo puede depositarse sobre la ventana óptica o la lente infrarroja.
El polvo, el aceite, la humedad y la condensación reducen la cantidad de radiación que llega al detector y pueden seguir afectando a la medición incluso después de trasladar el instrumento a un entorno limpio.
La óptica debe inspeccionarse y limpiarse siguiendo las instrucciones del fabricante.
¿La temperatura del aire afecta a la medición?
Conviene diferenciar dos efectos.
El primero es la temperatura del medio situado entre el objeto y el instrumento. En mediciones normales a corta distancia suele tener poca influencia. Sin embargo, los gases calientes, las trayectorias largas o ciertos gases con fuerte absorción infrarroja pueden alterar la señal.
El segundo es la temperatura ambiente del propio instrumento.
Cuando un termómetro infrarrojo pasa rápidamente de un ambiente frío a uno caliente, o viceversa, sus componentes ópticos y electrónicos necesitan un tiempo para alcanzar un nuevo equilibrio térmico.
Antes de estabilizarse pueden producirse errores temporales.
Por ello, el instrumento debe utilizarse dentro de sus condiciones ambientales especificadas y debe disponer de un tiempo suficiente de estabilización después de un cambio importante de temperatura.
¿Por qué una mayor distancia aumenta el efecto de la atmósfera?
La influencia atmosférica depende en gran medida de la longitud de la trayectoria óptica.
A una distancia de 20 cm, la radiación atraviesa una cantidad muy pequeña de aire. A 5 m, 20 m o más, atraviesa una cantidad mucho mayor de atmósfera.
Esto aumenta las posibilidades de absorción, dispersión y emisión adicional del medio intermedio.
De forma simplificada:
Trayectoria corta → menor influencia atmosférica;
trayectoria larga → mayor importancia de la transmisión atmosférica.
La distancia también aumenta el tamaño del punto de medición.
La relación D:S indica la relación entre la distancia de medición y el diámetro del punto. Si el objeto no llena completamente el punto de medición, la radiación procedente del entorno también influirá en el resultado.
Por tanto, los errores a larga distancia no siempre se deben únicamente a la atmósfera.
¿El láser permite saber si el humo está afectando a la medición?
No.
El láser es únicamente una ayuda para apuntar. No participa en la detección de temperatura.
Aunque el haz láser visible atraviese parte del humo y alcance el objeto, esto no significa que la radiación infrarroja utilizada para medir la temperatura llegue al detector sin atenuación.
La luz láser visible y la radiación infrarroja térmica tienen características de transmisión diferentes.
Por tanto, poder ver el punto láser no garantiza que la medición sea precisa.
¿Cómo reducir los errores causados por vapor y humo?
● Mantener la distancia de medición tan corta como sea práctico, respetando la relación D:S.
● Elegir una posición con la menor concentración posible de vapor, humo o polvo.
● Si el vapor o el humo aparecen de forma intermitente, realizar la medición cuando la trayectoria esté más despejada.
● Asegurarse de que el objeto llena completamente el punto de medición.
● Configurar correctamente la emisividad de la superficie.
● Revisar la óptica infrarroja para detectar polvo, aceite, humedad o condensación.
● Permitir que el instrumento se estabilice después de cambios importantes de temperatura ambiente.
● Para temperaturas críticas de proceso, verificar la medición con un termopar, un termómetro de contacto u otro método adecuado.
Si el objeto permanece continuamente oculto por vapor o humo denso, un termómetro infrarrojo portátil convencional puede no proporcionar una medida suficientemente fiable de la temperatura superficial real.
¿Qué aplicaciones requieren especial atención?
● Calderas y tuberías de vapor: puede haber vapor directamente entre el instrumento y el objeto.
● Procesamiento de alimentos: la cocción, esterilización y calefacción generan vapor, humedad y niebla.
● Hornos industriales y combustión: los gases, el humo y las partículas calientes pueden alterar la señal.
● Soldadura y procesamiento de metales: los humos y partículas pueden atravesar la trayectoria de medición.
● Cemento, minería y madera: una elevada concentración de polvo puede afectar a la transmisión y contaminar la óptica.
● Mediciones exteriores a larga distancia: la humedad, la niebla y los aerosoles pueden aumentar la incertidumbre.
En estos casos, la precisión especificada del instrumento es solo una parte de la incertidumbre total. Las condiciones reales de medición también deben evaluarse.
FAQ
¿El aire normal puede hacer que un termómetro infrarrojo sea impreciso?
A corta distancia y en aire limpio, la influencia suele ser muy pequeña. Puede aumentar con la distancia, la humedad y la concentración de partículas.
¿Se puede medir a través del vapor?
Una pequeña cantidad de vapor puede tener un efecto limitado. El vapor o la niebla densos pueden provocar errores importantes.
¿El humo hace que la lectura sea más alta o más baja?
Ambas situaciones son posibles. Depende de la temperatura del objeto, la temperatura del humo, la concentración de partículas, la longitud de onda y la distancia.
¿Por qué puedo ver el punto láser aunque la lectura sea incorrecta?
Porque el láser solo sirve para apuntar. La temperatura se determina a partir de radiación infrarroja, que puede absorberse o dispersarse de forma diferente.
¿La humedad elevada afecta a la medición infrarroja?
A corta distancia suele tener poca influencia. Puede ser más significativa a larga distancia, con humedad muy elevada o cuando existe niebla visible.
¿Puede un termómetro infrarrojo medir directamente la temperatura del aire o del vapor?
Un termómetro infrarrojo convencional está diseñado principalmente para medir superficies. La medición de gases suele requerir sistemas especializados.
¿La condensación sobre la lente afecta a la precisión?
Sí. La humedad, el polvo y el aceite sobre la óptica reducen la transmisión infrarroja y pueden provocar errores.
Conclusión
El aire, el vapor y el humo pueden afectar a la medición de temperatura por infrarrojos, aunque la magnitud del efecto depende considerablemente de las condiciones.
El aire limpio suele tener poca influencia a corta distancia. El vapor denso, la niebla, el humo, el hollín y el polvo pueden absorber, dispersar o añadir radiación térmica a la trayectoria de medición.
Cuanto mayor sea la distancia y mayor la concentración de los medios interferentes, mayor será su posible influencia.
Para obtener resultados fiables, conviene mantener una trayectoria óptica lo más despejada posible, reducir la distancia, configurar correctamente la emisividad, mantener limpia la óptica y verificar las mediciones críticas mediante un método de contacto adecuado cuando sea necesario.
