Introducción
Los termómetros infrarrojos suelen proporcionar lecturas estables sobre materiales como plástico, caucho, madera o superficies recubiertas. Sin embargo, al medir acero inoxidable, aluminio, cobre u otros metales aparece con frecuencia un problema: el metal puede estar muy caliente y, aun así, el instrumento mostrar una temperatura considerablemente inferior.
Esto no significa necesariamente que el termómetro esté defectuoso. En la mayoría de los casos, la causa está relacionada con las propiedades de radiación infrarroja de la superficie metálica.
Un termómetro infrarrojo no mide directamente la temperatura real del objeto. Detecta la radiación infrarroja procedente de la superficie y la convierte en un valor de temperatura teniendo en cuenta parámetros como la emisividad configurada. Por este motivo, los metales de baja emisividad y alta reflectividad son especialmente sensibles a la radiación ambiental reflejada, al estado de la superficie y a la geometría de medición.
Puntos clave
● Los metales brillantes suelen tener una emisividad baja y emiten relativamente poca radiación infrarroja propia.
● Cuanto menor es la emisividad, mayor puede ser la influencia de la radiación infrarroja reflejada por el entorno.
● Si se utiliza un valor de emisividad predeterminado demasiado alto para medir metal brillante, la temperatura indicada puede presentar un error importante.
● La oxidación, la pintura, la rugosidad y la contaminación superficial pueden modificar la emisividad real.
● El ángulo de medición, las fuentes térmicas cercanas, el tamaño del objetivo y el tamaño del punto de medición también influyen en el resultado.
● La fiabilidad puede mejorarse ajustando correctamente la emisividad o creando una zona de medición de alta emisividad.
¿Por qué los termómetros infrarrojos suelen medir los metales por debajo de su temperatura real?
Un termómetro infrarrojo estima la temperatura detectando la energía radiada por la superficie del objetivo dentro de un intervalo determinado de longitudes de onda infrarrojas.
En materiales de alta emisividad, gran parte de la radiación que recibe el instrumento procede directamente del propio objeto. Esto facilita una medición relativamente fiable.
Los metales brillantes se comportan de forma diferente.
● El aluminio pulido, el cobre y el acero inoxidable suelen presentar baja emisividad.
● Emiten relativamente poca radiación infrarroja propia.
● Al mismo tiempo, reflejan con mayor intensidad la radiación térmica del entorno.
● Una parte importante de la señal recibida por el instrumento puede proceder de radiación reflejada.
Si el entorno está mucho más frío que el metal, por ejemplo cuando una pieza metálica caliente se encuentra en un ambiente a temperatura normal, su superficie puede reflejar la radiación infrarroja procedente de objetos más fríos.
La radiación total que recibe el termómetro puede ser entonces inferior a la esperada para una superficie de alta emisividad a la misma temperatura. Como resultado, la temperatura calculada puede quedar claramente por debajo de la temperatura real del metal.
La emisividad es el principal factor que provoca lecturas bajas
La emisividad describe la capacidad de una superficie para emitir radiación infrarroja y suele expresarse mediante un valor entre 0 y 1.
Un cuerpo negro ideal tiene una emisividad de 1. Las superficies reales presentan valores inferiores.
Muchos materiales no metálicos tienen una emisividad relativamente alta, mientras que los metales limpios o pulidos pueden presentar valores considerablemente más bajos.
A la misma temperatura real:
● Una superficie de alta emisividad emite una cantidad relativamente elevada de radiación infrarroja propia.
● Un metal de baja emisividad emite menos radiación propia y refleja una mayor proporción de la radiación ambiental.
Por este motivo, dos superficies con exactamente la misma temperatura real pueden generar señales infrarrojas muy distintas.
Si la emisividad configurada en el termómetro no se corresponde de manera razonable con la superficie metálica real, la temperatura calculada puede ser incorrecta.
¿Por qué la emisividad predeterminada no siempre es adecuada para los metales?
Algunos termómetros infrarrojos utilizan una emisividad fija, por ejemplo ε = 0,95. Incluso los modelos con emisividad ajustable suelen utilizar un valor próximo a 0,95 como configuración predeterminada.
Este valor es adecuado para muchos materiales de alta emisividad, pero no necesariamente para superficies metálicas brillantes.
Si la emisividad real del metal es considerablemente inferior al valor configurado, el instrumento calcula la temperatura basándose en unas condiciones radiativas que no corresponden al objetivo real.
Por ello, cuando el termómetro permite ajustar la emisividad, conviene identificar tanto el material como el estado de su superficie antes de seleccionar un valor apropiado.
No obstante, la emisividad de un metal no es una constante absoluta. Puede variar con la rugosidad, la oxidación, los recubrimientos, la temperatura y la banda espectral. Por esta razón, las tablas de emisividad deben utilizarse como referencia y no como valores exactos universales.
¿Por qué el mismo metal puede ofrecer resultados diferentes?
La posibilidad de medir un metal de forma fiable no depende únicamente de su composición, sino también de las condiciones reales de su superficie.
Por ejemplo, en el acero inoxidable:
● Una superficie pulida tipo espejo suele ser muy reflectante y tener una emisividad baja.
● Una superficie cepillada o rugosa puede presentar un comportamiento infrarrojo distinto.
● La oxidación puede aumentar considerablemente la emisividad.
● La pintura, los recubrimientos, el aceite o la suciedad pueden modificar la radiación que realmente detecta el instrumento.
Por lo tanto, un mismo metal base puede producir resultados completamente diferentes después de distintos tratamientos superficiales.
Esta es también la razón por la que utilizar un único valor fijo de “emisividad del metal” no garantiza una medición precisa en todas las aplicaciones.
¿Por qué la radiación reflejada puede hacer que un metal caliente parezca más frío?
En una superficie opaca, la parte de radiación que no procede de la emisión propia está estrechamente relacionada con la reflexión del entorno.
Este efecto es especialmente importante en metales de baja emisividad.
Supongamos una superficie metálica brillante a 150 °C situada en un entorno de aproximadamente 25 °C.
Debido a su baja emisividad, el termómetro detecta no solo la radiación emitida por el metal caliente, sino también radiación procedente de paredes, maquinaria, suelo u otros objetos más fríos que se refleja en la superficie.
El instrumento recibe, por tanto, una señal radiativa combinada.
Si no se compensan adecuadamente la baja emisividad y la radiación de fondo reflejada, la temperatura indicada puede quedar muy por debajo de la temperatura real de la superficie.
¿Los metales siempre se miden por debajo de su temperatura real?
No.
Las lecturas demasiado bajas son frecuentes, pero una baja emisividad no produce exclusivamente errores negativos. El verdadero problema es que la medición se vuelve muy sensible a la radiación reflejada.
Si el metal está más caliente que su entorno y refleja principalmente superficies más frías, la lectura suele ser demasiado baja.
Sin embargo, si la superficie refleja un horno, un calefactor, una tubería caliente u otro objeto cuya temperatura es superior a la del objetivo, la radiación detectada puede aumentar y provocar una lectura demasiado alta.
Por tanto, una interpretación más precisa es:
● Las superficies de baja emisividad son muy sensibles a la radiación ambiental reflejada.
● Las lecturas bajas son especialmente comunes cuando un metal caliente está rodeado de superficies más frías.
● Un fondo térmico más caliente también puede causar lecturas altas o inestables.
¿Por qué influye el ángulo de medición en los metales?
Al medir metales de baja emisividad conviene evitar ángulos muy oblicuos.
Cuando cambia el ángulo de medición, también cambia qué parte del entorno se refleja desde la superficie hacia el termómetro.
Una superficie metálica muy pulida puede comportarse prácticamente como un “espejo infrarrojo”.
Un pequeño cambio en la posición del instrumento puede hacer que el metal refleje una pared, una máquina, una persona, una luminaria o una fuente de calor diferente.
Para obtener resultados más repetibles, es recomendable mantener constantes la posición y el ángulo y, siempre que sea posible, realizar la medición lo más perpendicular posible a la superficie.
¿Cómo mejorar la medición infrarroja de superficies metálicas?
En metales de baja emisividad, apuntar directamente a la superficie desnuda no siempre es el método más fiable.
Las siguientes medidas pueden mejorar el resultado:
● Ajustar correctamente la emisividad. Si el termómetro permite modificarla, debe configurarse de acuerdo con el material y el estado real de la superficie.
● Preferir zonas oxidadas, rugosas, pintadas o recubiertas. Normalmente resultan más fáciles de medir que el metal desnudo muy pulido.
● Crear una zona de alta emisividad. Cuando la aplicación lo permita, puede utilizarse una cinta o un recubrimiento adecuado de alta emisividad y esperar hasta alcanzar el equilibrio térmico con el metal.
● Reducir las reflexiones del entorno. Conviene evitar posiciones en las que se reflejen fuentes de calor intensas o superficies con grandes diferencias de temperatura.
● Mantener un ángulo adecuado. Siempre que sea posible, medir aproximadamente en perpendicular a la superficie.
● Asegurar que el objetivo sea mayor que el punto de medición. Todo el spot de medición debe permanecer dentro de la superficie objetivo.
En aplicaciones industriales que requieran mayor confianza en el valor absoluto, puede utilizarse un sensor de temperatura de contacto como referencia para verificar las condiciones de medición y el ajuste de emisividad.
¿Por qué se utiliza con frecuencia cinta negra para medir metales?
El uso de cinta negra es una técnica práctica para superficies metálicas de baja emisividad.
El metal limpio y brillante puede presentar una emisividad muy baja, mientras que una cinta negra adecuada puede ofrecer una emisividad más alta y relativamente estable.
Después de colocarla, debe esperarse el tiempo suficiente para que la cinta y el metal alcancen el equilibrio térmico. A continuación, la medición se realiza sobre la zona cubierta.
De este modo, el termómetro detecta principalmente la radiación procedente de la superficie de alta emisividad, en lugar de medir directamente el metal desnudo y altamente reflectante. Esto reduce considerablemente los errores asociados a la emisividad y a la radiación ambiental reflejada.
La cinta utilizada debe ser compatible con la temperatura real de la superficie y nunca debe emplearse por encima de su rango de temperatura especificado.
¿Cuándo no conviene medir directamente un metal con un termómetro infrarrojo?
Se requiere especial precaución en las siguientes situaciones:
● La superficie está muy pulida o tiene un acabado similar a un espejo.
● No es posible estimar la emisividad real con suficiente confianza.
● Existen hornos, calefactores u otras fuentes intensas de radiación infrarroja en las proximidades.
● El objetivo metálico es demasiado pequeño para cubrir completamente el punto de medición.
● Se requiere una elevada exactitud de temperatura absoluta.
● No pueden establecerse condiciones de medición estables y repetibles.
Si el proceso lo permite, conviene crear una zona de alta emisividad o verificar la temperatura mediante un método de contacto adecuado.
FAQ
¿Se puede medir acero inoxidable con un termómetro infrarrojo?
Sí, pero la medición directa de acero inoxidable brillante puede presentar errores importantes. Deben tenerse en cuenta el pulido, el cepillado, la oxidación, los recubrimientos y la radiación ambiental reflejada.
¿Por qué el termómetro muestra solo una temperatura moderada cuando el metal está claramente muy caliente?
Una causa frecuente es la baja emisividad de la superficie combinada con la reflexión de un entorno más frío. Si además la emisividad configurada no coincide con la superficie real, la temperatura mostrada puede ser mucho menor que la verdadera.
¿El cobre y el aluminio son especialmente difíciles de medir?
El cobre y el aluminio brillantes se encuentran entre las superficies más difíciles para la termometría infrarroja convencional debido a su posible baja emisividad y alta reflectividad.
¿Basta con reducir el ajuste de emisividad?
No siempre. Un ajuste correcto puede mejorar el resultado, pero las superficies de baja emisividad siguen reflejando una cantidad importante de radiación ambiental. Ajustar la emisividad por sí solo no elimina todas las fuentes de error.
¿Por qué un metal oxidado resulta más fácil de medir?
La oxidación modifica las propiedades radiativas de la superficie. Muchos metales oxidados presentan una emisividad superior a la del metal limpio y brillante, por lo que una mayor parte de la señal detectada procede realmente del propio objetivo.
¿Se puede colocar cinta negra sobre el metal antes de medirlo?
Sí. Es una técnica habitual. Debe utilizarse una cinta adecuada para la temperatura correspondiente y esperar a que alcance el equilibrio térmico con la superficie metálica.
Conclusión
Los termómetros infrarrojos suelen indicar temperaturas demasiado bajas en superficies metálicas porque los metales brillantes presentan generalmente baja emisividad y alta reflectividad infrarroja.
El instrumento puede recibir no solo la radiación emitida por el propio metal, sino también una cantidad importante de radiación reflejada procedente del entorno. En la situación habitual de un metal caliente rodeado de objetos más fríos, este efecto puede hacer que la temperatura mostrada sea considerablemente inferior a la temperatura real.
Al medir aluminio, cobre, acero inoxidable y otros metales similares, deben considerarse conjuntamente la emisividad, el estado superficial, la radiación reflejada, el ángulo de medición, el tamaño del objetivo y el tamaño del spot.
Cuando se necesita una mayor fiabilidad, configurar correctamente la emisividad, seleccionar una zona superficial más adecuada o crear una zona estable de alta emisividad mediante una cinta o un recubrimiento apropiado suele ser más fiable que medir directamente un metal limpio y brillante.
