Introducción

Los termómetros infrarrojos determinan la temperatura superficial detectando la radiación infrarroja procedente del objeto. Sin embargo, la radiación recibida por el instrumento no necesariamente se origina por completo en el propio objeto.

En la mayoría de los materiales opacos, la superficie emite su propia radiación térmica y, al mismo tiempo, refleja parte de la radiación infrarroja procedente del entorno. Paredes, equipos de calefacción, hornos, luminarias, tuberías calientes e incluso personas pueden formar parte de ese entorno radiativo.

Por este motivo, para determinar correctamente la temperatura es necesario considerar tanto la radiación emitida por el objeto como la radiación ambiental reflejada. Cuanto menor sea la emisividad y más brillante o reflectante sea la superficie, mayor puede ser la influencia de la radiación de fondo.

Puntos clave

● La radiación recibida por un termómetro infrarrojo puede incluir tanto la radiación emitida por el objeto como la radiación ambiental reflejada.
● En objetivos opacos, una emisividad más baja suele corresponder a una reflectividad más alta.
● Los materiales de alta emisividad suelen verse menos afectados por la radiación de fondo, mientras que las superficies metálicas de baja emisividad son mucho más sensibles.
● Algunos instrumentos permiten introducir una temperatura reflejada para compensar la radiación ambiental.
● Configurar correctamente la emisividad, evitar reflejos de fuentes térmicas intensas y elegir un ángulo de medición adecuado ayuda a reducir los errores.

¿Qué es la radiación ambiental de fondo?

Todo objeto con una temperatura superior al cero absoluto emite radiación térmica. Por tanto, en un entorno de medición infrarroja, paredes, máquinas, tuberías, hornos, personas y otros objetos contribuyen al campo radiativo existente.

Parte de esta radiación puede incidir sobre la superficie del objeto y posteriormente reflejarse hacia el termómetro infrarrojo.

Como esta energía no se origina directamente en el objeto medido, se denomina habitualmente radiación ambiental, radiación de fondo o radiación reflejada.

Por ejemplo, al medir una placa metálica brillante situada cerca de un horno caliente, el termómetro puede recibir:

● Radiación infrarroja emitida por la propia placa;
● Radiación del horno reflejada por la superficie metálica;
● En mediciones a mayor distancia, posibles efectos adicionales de absorción y emisión atmosférica a lo largo de la trayectoria óptica.

Si toda esta energía se interpretara como radiación emitida por el objeto, la temperatura indicada podría diferir de la temperatura superficial real.

¿Por qué afecta la radiación de fondo a la medición infrarroja?

Para muchos materiales opacos en condiciones de equilibrio térmico puede utilizarse la siguiente aproximación:

Emisividad ε + Reflectividad ρ ≈ 1

Esto significa que cuando un material emite poca radiación infrarroja propia, normalmente refleja una mayor proporción de la radiación que recibe del entorno.

De forma simplificada, la radiación detectada desde la dirección del objeto puede expresarse como:

Lmedida ≈ εLobjeto + (1 − ε)Lfondo

donde:

● ε representa la emisividad de la superficie;
● Lobjeto representa la radiación infrarroja correspondiente a la temperatura real del objeto;
● Lfondo representa la radiación ambiental efectiva reflejada hacia el instrumento.

Cuando ε está próximo a 1, la mayor parte de la radiación detectada procede directamente del objeto y la contribución de la radiación reflejada es relativamente pequeña.

Cuando ε es baja, aumenta la proporción de radiación reflejada. En estas condiciones, un cambio en la temperatura o posición de una fuente de calor cercana puede modificar la lectura aunque la temperatura real del objeto permanezca constante.

¿Cómo tiene en cuenta un termómetro infrarrojo la radiación de fondo?

Un termómetro infrarrojo detecta radiación dentro de un determinado rango espectral y convierte la señal del detector en un valor de temperatura mediante algoritmos internos, el ajuste de emisividad y la compensación térmica del propio instrumento.

La forma de tratar la radiación de fondo depende de las funciones disponibles en cada equipo.

● Compensación de emisividad

La mayoría de los termómetros infrarrojos con emisividad ajustable permiten introducir un valor adecuado para el material y el estado de su superficie. El equipo utiliza este parámetro al calcular la contribución de la radiación emitida y reflejada.

Sin embargo, ajustar correctamente la emisividad no elimina automáticamente la influencia de la radiación ambiental. En objetos de baja emisividad sometidos a un entorno radiativo intenso pueden seguir produciéndose errores importantes.

● Compensación de temperatura reflejada

Algunos termómetros infrarrojos profesionales y equipos de termografía permiten introducir una temperatura reflejada o un parámetro equivalente.

El instrumento utiliza este valor para estimar la radiación del entorno reflejada por la superficie y compensarla durante el cálculo de temperatura.

La temperatura reflejada no tiene por qué coincidir con la temperatura del aire. Representa la temperatura radiativa equivalente efectiva del entorno que incide sobre la superficie del objeto.

● Compensación de la temperatura interna del instrumento

El propio detector infrarrojo también puede verse afectado por la temperatura interna del equipo y por los cambios en las condiciones ambientales. Por ello, los termómetros infrarrojos suelen incorporar compensación interna para corregir la deriva de la señal.

Esta compensación corrige el comportamiento térmico del instrumento y es distinta de la compensación de la radiación ambiental reflejada por el objeto.

¿Qué objetos son más sensibles a la radiación de fondo?

La influencia de la radiación reflejada varía considerablemente según el material y el estado de la superficie.

Los materiales de alta emisividad, las superficies rugosas y las superficies recubiertas suelen ser menos sensibles. Algunos ejemplos son:

● Superficies pintadas mate;
● Caucho;
● Plásticos;
● Madera;
● Papel;
● Muchos materiales no metálicos.

Debe prestarse especial atención a:

● Aluminio pulido;
● Acero inoxidable;
● Cobre;
● Componentes metálicos brillantes;
● Superficies especulares o muy reflectantes.

Estos materiales suelen presentar una emisividad relativamente baja, que además puede variar con la longitud de onda, la oxidación, la rugosidad y el tratamiento superficial. Por ello pueden reflejar una parte importante de la radiación infrarroja del entorno.

Una superficie metálica pulida que no esté especialmente caliente puede, por ejemplo, reflejar la radiación de un horno próximo y provocar una lectura considerablemente superior a su temperatura real.

Por el contrario, un objeto caliente de baja emisividad que refleje un entorno más frío puede producir una lectura inferior a su temperatura real.

¿Son lo mismo la temperatura ambiente y la temperatura reflejada?

No.

La temperatura ambiente suele referirse a la temperatura del aire alrededor del termómetro y del objeto medido. La temperatura reflejada describe el entorno radiativo global que incide sobre la superficie.

Por ejemplo, el aire de un taller puede estar a 25 °C mientras que junto a la pieza metálica que se está midiendo exista un horno a 300 °C.

En esta situación:

● La temperatura del aire puede permanecer alrededor de 25 °C;
● La radiación infrarroja incidente sobre la superficie metálica puede estar fuertemente influida por el horno;
● La temperatura reflejada efectiva puede ser considerablemente superior a la temperatura del aire.

Por ello, en mediciones infrarrojas exigentes no debe suponerse automáticamente que la temperatura ambiente equivale a la temperatura reflejada.

¿Cómo se pueden reducir los errores causados por la radiación ambiental?

Existen varias medidas prácticas para reducir su influencia.

● Ajustar correctamente la emisividad

Seleccione un valor adecuado tanto para el material como para su estado superficial real. Deben tenerse en cuenta la oxidación, rugosidad, revestimientos y tratamientos superficiales, y no únicamente el tipo de material.

● Evitar reflejos de fuentes térmicas intensas

Compruebe si existen hornos, tuberías calientes, calentadores u otras fuentes importantes en las proximidades y si su radiación puede reflejarse desde la superficie hacia el instrumento.

● Optimizar la posición y el ángulo de medición

Si la temperatura indicada cambia claramente al variar ligeramente el ángulo de medición, es posible que el resultado esté influido por radiación reflejada.

En mediciones infrarrojas convencionales, es preferible medir lo más perpendicularmente posible a la superficie y evitar configuraciones geométricas en las que una fuente de calor intensa se encuentre dentro de la trayectoria de reflexión especular hacia el instrumento.

● Reducir los reflejos procedentes del operador

Al medir metales de baja emisividad, el propio operador también puede actuar como fuente de radiación infrarroja. A corta distancia, una superficie brillante puede reflejar hacia el instrumento la radiación térmica del cuerpo o de las manos.

Por tanto, el operador y otros objetos calientes deben mantenerse fuera de las trayectorias de reflexión relevantes.

● Utilizar una superficie de referencia de alta emisividad

Cuando el proceso lo permita, puede aplicarse un recubrimiento de emisividad conocida, una cinta adecuada de alta emisividad u otro material de referencia. La medición debe realizarse una vez que la superficie de referencia haya alcanzado el equilibrio térmico con el objeto.

Este método puede reducir considerablemente la incertidumbre causada por la radiación ambiental reflejada en superficies metálicas de baja emisividad.

● Configurar la temperatura reflejada cuando el instrumento lo permita

En los equipos que dispongan de esta función, el valor debe establecerse según el entorno radiativo real y no suponerse automáticamente igual a la temperatura ambiente.

¿Cómo saber si la radiación de fondo está afectando a la medición?

Algunas observaciones prácticas pueden ayudar a identificar posibles interferencias por reflexión.

● La lectura cambia claramente al modificar ligeramente el ángulo de medición;
● La lectura cambia cuando el operador se desplaza;
● La puesta en marcha o parada de un equipo de calefacción cercano modifica el valor indicado;
● Una misma superficie metálica produce resultados diferentes según la dirección de observación;
● Una zona cubierta con material de alta emisividad muestra un resultado claramente diferente de la superficie metálica sin tratar.

Ante estas situaciones, no debe suponerse inmediatamente que existe una avería en el termómetro. Primero deben comprobarse la configuración de emisividad, el entorno radiativo y la geometría de medición.

FAQ

¿Una temperatura de fondo más alta siempre produce una lectura más alta?

No. La dirección del error depende de la temperatura real del objeto, su emisividad y la temperatura radiativa del entorno. Si el fondo está más caliente que un objeto de baja emisividad, la lectura puede resultar demasiado alta. Si el entorno reflejado es considerablemente más frío, la lectura puede ser demasiado baja.

¿Los objetos de alta emisividad son completamente inmunes a la radiación ambiental?

No. Simplemente suelen verse menos afectados porque una mayor proporción de la radiación detectada procede directamente del objeto.

Si la emisividad está configurada correctamente, ¿sigue siendo necesario considerar la radiación de fondo?

Sí. Esto es especialmente importante para metales de baja emisividad, superficies muy reflectantes y objetos situados cerca de fuentes de calor intensas.

¿Puede ajustarse la temperatura reflejada directamente a la temperatura ambiente?

En un entorno relativamente uniforme y sin fuentes térmicas muy calientes o frías, la temperatura ambiente puede servir en algunos casos como aproximación. Sin embargo, si existen hornos, calentadores, paredes frías u otras superficies con temperaturas muy diferentes, esta aproximación puede no ser válida.

¿Por qué las mediciones en metales brillantes cambian con tanta facilidad?

Los metales brillantes suelen tener baja emisividad y alta reflectividad. Por este motivo, una parte importante de la radiación infrarroja detectada puede proceder del entorno, haciendo que el resultado sea especialmente sensible al ángulo de medición, la posición del operador y las fuentes térmicas cercanas.

Conclusión

Un termómetro infrarrojo no mide directamente la temperatura, sino que la calcula a partir de la radiación infrarroja detectada. Por ello es necesario considerar tanto la radiación emitida por el objeto como la radiación ambiental reflejada.

En materiales de alta emisividad suele predominar la radiación propia del objeto y la influencia del entorno es relativamente reducida. En metales pulidos y otras superficies de baja emisividad, la radiación reflejada puede convertirse en una fuente importante de error.

Para obtener resultados fiables es necesario configurar correctamente la emisividad, identificar las fuentes radiativas calientes y frías del entorno, utilizar una geometría de medición adecuada y, cuando sea necesario, aplicar compensación de temperatura reflejada o utilizar una superficie de referencia de alta emisividad.

Comprender el papel de la radiación ambiental es fundamental para interpretar correctamente las lecturas de un termómetro infrarrojo y determinar la causa de resultados inesperados.