Introducción

Un termómetro infrarrojo detecta la radiación infrarroja emitida por la superficie de un objeto y calcula su temperatura superficial a partir de la energía recibida. Por tanto, en principio es posible medir aluminio, cobre, acero inoxidable y muchas otras superficies metálicas.

Sin embargo, que una superficie pueda medirse no significa que pueda obtenerse directamente una temperatura exacta.

Las superficies de aluminio y cobre pulidas, mecanizadas o brillantes suelen tener una emisividad infrarroja baja y una reflectividad elevada. Como consecuencia, el termómetro puede recibir una cantidad importante de radiación térmica reflejada procedente del entorno, haciendo que la temperatura indicada se desvíe considerablemente de la temperatura real de la superficie.

Por ello, al medir metales muy reflectantes, la cuestión principal no es si el termómetro puede detectar una temperatura, sino cómo controlar correctamente la emisividad y la radiación reflejada del entorno.

Puntos clave

● Los termómetros infrarrojos pueden medir aluminio, cobre y otros metales, pero las superficies metálicas brillantes se encuentran entre los objetivos más difíciles para la medición infrarroja.
● El aluminio y el cobre pulidos suelen presentar baja emisividad y alta reflectividad, por lo que pueden reflejar radiación infrarroja de máquinas, personas, paredes y fuentes calientes próximas.
● Si el ajuste de emisividad del instrumento no coincide con la emisividad real de la superficie, el resultado puede diferir significativamente de la temperatura real.
● Las superficies oxidadas, pintadas, anodizadas o rugosas suelen ser más fáciles de medir que las superficies pulidas o muy brillantes.
● Cuando se requiere mayor precisión, puede crearse una zona de medición de emisividad más estable utilizando cinta negra adecuada, un recubrimiento mate u otra superficie de referencia conocida.
● También deben tenerse en cuenta el tamaño del objetivo, la distancia de medición, el tamaño del punto de medición y las fuentes de radiación térmica reflejada cercanas.

¿Por qué el aluminio y el cobre son difíciles de medir con un termómetro infrarrojo?

Un termómetro infrarrojo mide la radiación térmica procedente de la superficie del objetivo y no detecta directamente la temperatura interna del material.

Las características de radiación infrarroja de una superficie dependen en gran medida de su emisividad. En general, cuanto mayor es la emisividad, mayor es la proporción de radiación térmica propia que emite la superficie y más sencilla resulta la medición. Cuando la emisividad es baja, la influencia de la radiación reflejada por el entorno aumenta considerablemente.

El aluminio y el cobre brillantes son ejemplos típicos de materiales de baja emisividad. Emiten relativamente poca radiación infrarroja propia, pero reflejan con eficacia la radiación térmica procedente de su entorno.

Por ello, el termómetro puede recibir una combinación de la radiación emitida por el propio objetivo y de la radiación ambiental reflejada.

Esta es la razón por la que una misma superficie metálica puede mostrar lecturas distintas aunque su temperatura real permanezca estable, simplemente al cambiar el ángulo de medición, la posición del operador o la ubicación de una fuente de calor próxima.

¿Por qué los metales muy reflectantes suelen indicar una temperatura demasiado baja?

Una situación habitual es que la superficie metálica esté realmente caliente, pero el termómetro infrarrojo indique una temperatura notablemente inferior.

Una de las causas principales es que la emisividad configurada en el instrumento no coincida con la emisividad real de la superficie metálica.

Muchos materiales medidos habitualmente mediante infrarrojos presentan una emisividad relativamente alta. Si el termómetro está ajustado para este tipo de superficie pero se mide en realidad un metal brillante de baja emisividad, el cálculo de temperatura puede contener un error importante.

Sin embargo, los errores en metales reflectantes no siempre producen valores demasiado bajos.

Si la superficie metálica refleja un horno, un calentador, una máquina caliente u otra fuente a alta temperatura, el valor indicado puede resultar demasiado alto. Por este motivo, no es fiable corregir las mediciones de metales de baja emisividad añadiendo o restando simplemente una cantidad fija de temperatura.

¿Qué importancia tiene la emisividad?

La emisividad es uno de los parámetros más importantes al medir aluminio, cobre y otros metales mediante infrarrojos.

No solo existen diferencias entre distintos metales. La emisividad de un mismo material también puede cambiar considerablemente en función del estado de su superficie.

Por ejemplo, en el caso del aluminio:

● el aluminio pulido puede tener una emisividad muy baja;
● el aluminio oxidado puede presentar una emisividad considerablemente mayor;
● en el aluminio pintado, las características radiativas dependen principalmente del recubrimiento;
● una superficie rugosa, corroída o tratada puede tener una emisividad muy diferente de la de un aluminio brillante recién mecanizado.

Lo mismo ocurre con el cobre. El cobre brillante, el cobre oxidado y las superficies de cobre recubiertas pueden presentar características infrarrojas muy distintas.

Por tanto, no es recomendable asignar automáticamente un único valor fijo de emisividad a todas las superficies de aluminio o de cobre.

¿Por qué puede cambiar la lectura al modificar el ángulo de medición?

Los metales muy reflectantes reflejan con intensidad la radiación infrarroja. Cuando cambia el ángulo de medición, también puede cambiar la fuente de radiación ambiental que se refleja hacia el termómetro.

Por ejemplo, si un operador mide de frente una superficie metálica brillante, la radiación térmica emitida por su propio cuerpo puede reflejarse en el metal y llegar al instrumento.

Al cambiar de posición, esa misma superficie puede reflejar en su lugar una pared, el techo, una máquina o una fuente de calor.

Aunque la temperatura real del objetivo no haya cambiado, la cantidad total de radiación recibida por el termómetro puede variar y hacer que la lectura fluctúe.

Si el valor cambia claramente al modificar el ángulo de medición, debe considerarse primero la influencia de la radiación reflejada antes de concluir que existe un problema con el instrumento.

¿Son más fáciles de medir el aluminio y el cobre oxidados?

En muchos casos, sí.

La oxidación, la corrosión, la pintura, los recubrimientos y otros tratamientos modifican las características de radiación infrarroja de la superficie metálica.

En comparación con un metal pulido o con acabado tipo espejo, una superficie oxidada, recubierta o rugosa suele presentar una emisividad más alta. Como resultado, normalmente es menos sensible a la radiación térmica reflejada y puede medirse con mayor facilidad mediante infrarrojos.

No obstante, debe recordarse que el termómetro infrarrojo responde a las propiedades radiativas de la capa superficial exterior.

Por ejemplo, al medir una placa de aluminio pintada, el instrumento detecta principalmente la radiación emitida por la superficie de la pintura. Si existe una diferencia importante de temperatura entre el recubrimiento y el metal situado debajo, la lectura no debe interpretarse automáticamente como la temperatura interna del metal.

¿Cómo puede mejorarse la fiabilidad de la medición en aluminio y cobre?

Cuando sea posible tratar temporalmente la superficie, puede crearse una zona de medición con una emisividad más estable.

Un método habitual consiste en colocar sobre la zona de interés una cinta negra adecuada, con emisividad conocida o relativamente alta. Antes de realizar la medición, debe esperarse hasta que la cinta y el metal alcancen el equilibrio térmico.

La función de la cinta no es modificar la temperatura del metal. Su objetivo es convertir una superficie de baja emisividad y alta reflectividad en una superficie de mayor emisividad y menor reflexión, que pueda medirse con mayor fiabilidad.

Dependiendo de la aplicación, también puede utilizarse un recubrimiento mate adecuado u otra superficie de referencia con emisividad conocida.

La cinta o el recubrimiento deben ser compatibles con la temperatura real y con las condiciones de uso. No deben aplicarse sin una evaluación adecuada sobre superficies extremadamente calientes, piezas móviles, zonas con riesgo eléctrico o equipos que no deban tocarse.

¿Basta con ajustar correctamente la emisividad?

Si el termómetro permite ajustar la emisividad, utilizar un valor adecuado puede mejorar considerablemente el resultado. Sin embargo, este ajuste por sí solo no elimina todas las posibles fuentes de error.

Las superficies de baja emisividad siguen siendo muy sensibles a la radiación térmica reflejada.

Incluso con una emisividad correctamente configurada, una máquina caliente, una persona u otra fuente térmica próxima puede influir en el resultado.

Al medir aluminio, cobre y otros metales muy reflectantes, conviene considerar conjuntamente:

● si se conoce la emisividad real de la superficie;
● si la emisividad configurada en el instrumento es adecuada;
● si existen fuentes de radiación notablemente más calientes o más frías en las proximidades;
● si el ángulo de medición favorece reflexiones intensas;
● si el objetivo tiene un tamaño suficiente;
● si la distancia de medición es apropiada.

El ajuste de la emisividad es solo una parte de las condiciones necesarias para obtener una medición fiable.

¿Por qué también es importante la distancia de medición?

Incluso con la emisividad correctamente ajustada, una distancia inadecuada puede producir resultados erróneos.

Un termómetro infrarrojo no mide únicamente el punto señalado por el láser. En realidad, mide la radiación infrarroja media dentro de una determinada zona. A medida que aumenta la distancia, normalmente también aumenta el tamaño del punto de medición.

Si un tubo de cobre, una barra de aluminio, una barra colectora o un terminal metálico es menor que el punto de medición real, el instrumento también recibirá radiación procedente del fondo.

Por ejemplo, si un tubo de cobre fino se mide desde una distancia excesiva, el área de medición puede incluir tanto el tubo como la pared situada detrás. La temperatura indicada será entonces el resultado combinado de la radiación de varias superficies y no únicamente de la temperatura del tubo.

Por ello, la distancia debe seleccionarse teniendo en cuenta la relación distancia/tamaño del punto (D:S), y el objetivo debería ser claramente mayor que el área real de medición.

¿En qué situaciones con aluminio y cobre debe extremarse la precaución?

Las siguientes situaciones presentan un mayor riesgo de error:

● placas de aluminio o cobre muy pulidas;
● barras o barras colectoras de cobre y aluminio recién mecanizadas y brillantes;
● componentes metálicos con acabado espejo o casi espejo;
● zonas próximas a hornos, resistencias calefactoras u otros equipos a alta temperatura;
● objetivos pequeños medidos desde una distancia excesiva;
● superficies metálicas que combinan zonas oxidadas y zonas brillantes;
● aplicaciones de laboratorio, control de calidad o procesos que requieren alta precisión en la temperatura absoluta.

Si no pueden controlarse adecuadamente la emisividad y la radiación térmica reflejada, no se recomienda utilizar una única lectura infrarroja como única referencia para determinar una temperatura precisa.

Cuando se necesite una mayor confianza en el valor medido, puede utilizarse un sensor de temperatura por contacto adecuado como referencia o método de verificación.

¿Es adecuado un termómetro infrarrojo para comprobaciones rápidas de temperatura en metales?

Sí, siempre que se diferencie entre una inspección rápida y una medición precisa de temperatura absoluta.

En mantenimiento industrial, inspección eléctrica y revisión de equipos mecánicos, los termómetros infrarrojos son muy eficaces para localizar rápidamente diferencias de temperatura anormales.

Por ejemplo, pueden compararse varias barras, conexiones o componentes de cobre o aluminio con construcción y estado superficial similares para detectar un punto anormalmente caliente.

En estas aplicaciones, las diferencias relativas de temperatura pueden resultar más útiles que un único valor absoluto.

Sin embargo, cuando se necesita determinar con precisión la temperatura superficial de un componente brillante de cobre o aluminio, una lectura infrarroja sin correcciones puede no ser suficientemente fiable. En ese caso deben considerarse además la emisividad, la radiación reflejada, el estado de la superficie y la geometría de medición.

FAQ

¿Puede un termómetro infrarrojo medir directamente una placa de aluminio brillante?
● Puede obtenerse una lectura, pero el aluminio brillante suele presentar baja emisividad y alta reflectividad, por lo que la medición directa puede contener un error importante. Si se requiere mayor precisión, conviene preparar adecuadamente la superficie o verificar el resultado mediante otro método.

¿Por qué la temperatura de un tubo de cobre puede variar durante la medición?
● Además de cambios reales de temperatura, las fluctuaciones pueden deberse a radiación infrarroja ambiental reflejada, cambios en el ángulo de medición, una distancia excesiva o un punto de medición demasiado grande.

¿La cinta negra puede mejorar realmente la medición de temperatura sobre metal?
● Sí, siempre que se utilice dentro de su rango de temperatura adecuado. Puede proporcionar una superficie de emisividad relativamente alta y estable, con menor reflectividad. Antes de medir, debe alcanzarse el equilibrio térmico entre la cinta y el metal.

¿Un ajuste correcto de emisividad para aluminio garantiza una lectura exacta?
● No. Incluso con la emisividad correctamente ajustada, la radiación reflejada, el estado de oxidación, el ángulo de medición, el tamaño del objetivo y el tamaño del punto pueden seguir influyendo.

¿Pueden utilizar el mismo valor de emisividad el aluminio oxidado y el aluminio brillante?
● No es recomendable asumir un único valor fijo. El estado superficial puede modificar significativamente las propiedades radiativas, por lo que la emisividad debe corresponder a la superficie real.

¿El punto láser representa toda el área medida al comprobar una barra de cobre?
● No. El láser sirve principalmente como ayuda de puntería y no representa toda la zona de medición infrarroja. El punto real suele ser mayor, por lo que debe utilizarse la relación D:S para comprobar que el objetivo es suficientemente grande.

¿Es más fiable un termómetro de contacto para metales muy reflectantes?
● Cuando es posible realizar un contacto seguro y las condiciones son adecuadas, un sensor de temperatura por contacto puede proporcionar una referencia o verificación importante, especialmente cuando se necesita conocer con precisión la temperatura absoluta.

Conclusión

Los termómetros infrarrojos pueden medir aluminio, cobre y otros metales muy reflectantes, pero estas superficies se encuentran entre los objetivos más exigentes para la medición de temperatura sin contacto.

El problema no es que los metales no emitan radiación infrarroja. La dificultad reside en que los metales brillantes suelen tener baja emisividad y alta reflectividad, lo que permite que la radiación térmica reflejada por el entorno influya significativamente en la señal recibida por el instrumento.

Para obtener resultados fiables deben considerarse conjuntamente el estado de la superficie, el ajuste de emisividad, la radiación reflejada, el ángulo de medición, el tamaño del objetivo y la relación D:S. Cuando se requiere mayor precisión, puede emplearse cinta negra de emisividad conocida, un recubrimiento mate adecuado u otra superficie de medición controlada. Si es necesario, una medición por contacto puede utilizarse para verificar el resultado.

Para inspecciones industriales y comprobaciones rápidas de anomalías térmicas, el termómetro infrarrojo sigue siendo una herramienta de medición sin contacto muy eficaz. Sin embargo, al medir aluminio brillante, cobre u otras superficies de baja emisividad, comprender y controlar las condiciones de medición es más importante que limitarse a leer la temperatura indicada.