Introducción

Los termómetros infrarrojos determinan la temperatura superficial de un objeto detectando la radiación infrarroja que emite. Debido a que la medición se realiza sin contacto, a veces se considera que la temperatura del entorno apenas influye en el resultado.

En la práctica, la temperatura ambiente es un factor importante en la medición infrarroja de temperatura.

Puede afectar tanto a la temperatura superficial del objeto como al detector infrarrojo, los componentes electrónicos, el sistema óptico y la compensación térmica interna del instrumento.

Los cambios rápidos entre ambientes fríos y calientes requieren especial atención. Si se mide inmediatamente después de un cambio importante de temperatura, pueden producirse temporalmente lecturas inestables o deriva de medición.

Por este motivo, en aplicaciones que requieren una mayor precisión deben considerarse las condiciones ambientales junto con la emisividad, la distancia de medición y el tamaño del objetivo.

Puntos clave

● Las temperaturas ambientales muy altas o muy bajas pueden afectar a la estabilidad de la medición infrarroja.
● La mayoría de los termómetros infrarrojos incorporan detección y compensación interna de temperatura, aunque su capacidad está limitada a un rango de funcionamiento especificado.
● Después de un cambio importante de temperatura ambiental, conviene dejar que el instrumento se estabilice antes de realizar mediciones precisas.
● La temperatura ambiente también puede influir indirectamente al modificar la temperatura real de la superficie, la radiación reflejada del entorno y las condiciones atmosféricas.
● Las zonas próximas a equipos de alta temperatura, las cámaras frigoríficas, las mediciones exteriores en invierno y los entornos con cambios térmicos rápidos requieren especial atención.
● El termómetro debe utilizarse dentro de su rango de temperatura ambiente especificado y no deben realizarse mediciones de precisión antes de alcanzar un equilibrio térmico adecuado.

¿Por qué afecta la temperatura ambiente a la medición infrarroja?

La radiación recibida por un termómetro infrarrojo no se convierte directamente en una simple lectura de temperatura. El detector transforma primero la energía infrarroja en una señal eléctrica, que posteriormente se procesa junto con la emisividad, las mediciones internas de temperatura y los algoritmos de compensación.

La propia temperatura del instrumento puede influir en la señal del detector.

Por esta razón, la mayoría de los termómetros infrarrojos incorporan un sensor interno de temperatura o un sistema equivalente de compensación.

En condiciones normales, si el instrumento funciona dentro de su rango de temperatura especificado y ha alcanzado una condición térmica estable, este efecto puede compensarse eficazmente.

Los problemas aparecen principalmente cuando la temperatura ambiente cambia más rápido de lo que el instrumento puede alcanzar un nuevo equilibrio térmico. Durante ese periodo de transición, la compensación interna puede no corregir completamente el estado térmico momentáneo del detector.

Por ejemplo, un termómetro infrarrojo almacenado durante varias horas en un vehículo frío puede continuar internamente frío después de introducirlo en una sala climatizada. Si se utiliza inmediatamente, las lecturas pueden presentar deriva hasta que el instrumento se estabilice.

¿Qué ocurre cuando la temperatura ambiente es elevada?

En un ambiente caliente, el detector, la electrónica, la carcasa y los componentes ópticos del termómetro infrarrojo aumentan progresivamente de temperatura.

Si la temperatura se mantiene dentro del rango especificado y el instrumento se ha estabilizado, normalmente puede seguir midiendo correctamente. Sin embargo, pueden producirse varios efectos:

● El aumento de la temperatura interna puede modificar la respuesta del detector y exigir una mayor compensación térmica.
● Cerca de hornos, calentadores, tuberías de vapor u otros equipos calientes, la carcasa puede calentarse directamente por radiación térmica.
● Una intensa radiación infrarroja de fondo puede reflejarse en superficies de baja emisividad y provocar lecturas aparentemente superiores a la temperatura real.
● Si se supera el rango de temperatura ambiente especificado, la precisión nominal deja de estar garantizada y el funcionamiento del equipo puede verse afectado.

Al medir hornos, calderas o equipos de tratamiento térmico, no basta con considerar la temperatura del objetivo. También debe evitarse que el propio termómetro permanezca expuesto durante demasiado tiempo a una radiación térmica intensa.

¿Qué ocurre cuando la temperatura ambiente es baja?

Los ambientes fríos también pueden afectar a las mediciones infrarrojas.

Algunos ejemplos habituales son las cámaras frigoríficas, las inspecciones exteriores en invierno, los almacenes refrigerados y las mediciones próximas a equipos de refrigeración.

Los posibles efectos incluyen:

● Las características del detector y de los componentes electrónicos pueden variar a baja temperatura y deben compensarse internamente.
● El rendimiento de las pilas o baterías puede disminuir, especialmente cuando su nivel de carga ya es bajo.
● Las pantallas LCD pueden responder más lentamente a temperaturas muy bajas.
● El traslado rápido desde un ambiente frío a otro cálido y húmedo puede producir condensación sobre la lente.

La condensación sobre la óptica infrarroja es especialmente importante.

La humedad modifica la cantidad de radiación infrarroja que llega al detector y puede generar errores significativos. No debe continuarse con la medición hasta que la lente esté seca y el equipo se haya adaptado al nuevo entorno.

¿Por qué los cambios rápidos de temperatura causan más problemas?

Un cambio rápido de temperatura puede afectar más a la medición que un ambiente estable, aunque sea frío o caliente.

Esto se debe a que los distintos componentes internos del instrumento no cambian de temperatura a la misma velocidad.

Por ejemplo, si un termómetro pasa de un entorno cercano a 5 °C a una sala de aproximadamente 25 °C, la carcasa puede calentarse con rapidez mientras el detector, la placa electrónica y los componentes ópticos permanecen más fríos durante un tiempo.

Durante esta transición existe un gradiente térmico interno. La temperatura medida por el sensor de compensación puede no representar exactamente el estado térmico instantáneo del detector infrarrojo.

Como consecuencia, puede aparecer deriva en la lectura.

A medida que el instrumento alcanza el equilibrio térmico, las mediciones normalmente se vuelven más estables.

Después de un cambio importante de temperatura, las mediciones de mayor precisión deben realizarse únicamente cuando el equipo haya tenido tiempo suficiente para estabilizarse. El periodo necesario depende del diseño del instrumento y de la magnitud del cambio térmico, por lo que deben seguirse las indicaciones del fabricante.

La temperatura ambiente también modifica la temperatura real del objeto

El entorno no afecta únicamente al termómetro.

El objeto medido intercambia calor continuamente con el ambiente.

Por ejemplo, una pieza metálica fría trasladada desde el exterior a una habitación cálida aumentará progresivamente su temperatura superficial. Si se mide varias veces con un termómetro infrarrojo, la temperatura indicada irá aumentando.

Esto no significa necesariamente que exista un error de medición. La temperatura real del objeto está cambiando.

Situaciones similares incluyen:

● Productos recién retirados de una cámara frigorífica.
● Piezas trasladadas desde una línea de producción caliente a una zona a temperatura ambiente.
● Equipos exteriores expuestos directamente al sol.
● Objetos situados cerca de fuentes de calor, salidas de aire frío o sistemas de climatización.
● Superficies afectadas por condensación, evaporación o corrientes de aire intensas.

Al interpretar los resultados, es importante distinguir entre una variación causada por el estado térmico del instrumento y una variación real de la temperatura del objeto.

¿Por qué es más importante la temperatura de fondo en superficies de baja emisividad?

En materiales de alta emisividad, como muchas superficies pintadas, caucho, plásticos y otros materiales no metálicos, gran parte de la radiación detectada procede del propio objeto.

La situación es más compleja con metales pulidos, aluminio, acero inoxidable y otras superficies de baja emisividad.

Estas superficies reflejan una mayor proporción de la radiación infrarroja procedente del entorno.

Si una superficie metálica se encuentra cerca de un horno, calentador u otro objeto caliente, la radiación infrarroja de esa fuente puede reflejarse en el metal y alcanzar el termómetro.

En consecuencia, el instrumento puede indicar una temperatura superior a la temperatura superficial real.

Del mismo modo, la reflexión de un entorno más frío puede producir una lectura demasiado baja.

En mediciones de baja emisividad debe considerarse, por tanto, otro parámetro importante: la temperatura reflejada del entorno.

Esta es una de las razones por las que la medición infrarroja de superficies metálicas suele ser más sensible a las condiciones ambientales que la de materiales con alta emisividad.

¿El aire caliente afecta directamente a la medición infrarroja?

En condiciones normales, el aire es relativamente transparente en determinadas bandas del espectro infrarrojo utilizadas por los termómetros infrarrojos habituales. Por ello, a distancias de medición normales, la temperatura del aire por sí sola no suele ser la principal fuente de error.

La situación cambia cuando la trayectoria óptica contiene:

● Alta concentración de vapor de agua.
● Humo o polvo.
● Gases de escape calientes.
● Niebla densa.
● Vapor.
● Una distancia de medición considerable.

Estos medios pueden absorber, dispersar o emitir radiación infrarroja y modificar la energía que finalmente recibe el detector.

En calderas, hornos, sistemas de vapor y ambientes industriales con mucho polvo, conviene mantener siempre que sea posible una trayectoria óptica despejada entre el instrumento y el objetivo.

¿Cómo reducir los errores causados por la temperatura ambiente?

Una utilización correcta puede reducir considerablemente la influencia del entorno.

● Permitir que el instrumento se aclimate. Después de un cambio importante de temperatura, deje que el termómetro se estabilice antes de realizar mediciones críticas.
● Respetar el rango de temperatura de funcionamiento. Los límites varían según el modelo y deben comprobarse en las especificaciones técnicas.
● Evitar el calentamiento directo del instrumento. No exponga durante periodos prolongados la carcasa a hornos, calentadores u otras fuentes intensas de radiación térmica.
● Comprobar si existe condensación en la lente. Después de pasar de un entorno frío a otro cálido y húmedo, asegúrese de que la óptica esté limpia y seca.
● Reducir los efectos de la radiación reflejada. Debe prestarse especial atención al medir metales de baja emisividad cerca de objetos muy calientes o fríos.
● Mantener condiciones de medición comparables. Para realizar comparaciones, utilice siempre que sea posible condiciones ambientales, distancia, ángulo y emisividad similares.
● Comprobar la estabilidad térmica del objetivo. Si el objeto acaba de trasladarse desde otro entorno, determine si es necesario esperar antes de medirlo.

¿En qué aplicaciones se requiere especial atención?

En condiciones interiores estables, la influencia de la temperatura ambiente puede ser relativamente limitada. Sin embargo, debe prestarse mayor atención en las siguientes aplicaciones:

● Inspecciones exteriores en invierno: exposición prolongada al frío y cambios frecuentes entre interior y exterior.
● Cámaras frigoríficas y refrigeración: bajas temperaturas, humedad elevada y riesgo de condensación.
● Inspección de calderas y hornos: radiación térmica intensa y mayor influencia de las reflexiones.
● Líneas de producción industriales: cambios simultáneos de la temperatura del objetivo, del ambiente y del fondo.
● Inspecciones HVAC: gradientes térmicos importantes y alta velocidad del aire cerca de rejillas y salidas.
● Inspección de equipos exteriores: la radiación solar, el viento y los cambios de temperatura ambiente modifican la temperatura real de las superficies.

Si los datos se utilizan para analizar tendencias o comparar mediciones realizadas en distintos momentos, registrar las condiciones ambientales puede mejorar significativamente la comparabilidad de los resultados.

FAQ

¿Una temperatura ambiente más alta hace que el termómetro infrarrojo siempre indique una temperatura mayor?

● No. Los termómetros infrarrojos suelen compensar internamente los cambios de temperatura ambiente. Lo importante es trabajar dentro del rango especificado y permitir que el instrumento alcance el equilibrio térmico.

¿Puede utilizarse inmediatamente un termómetro infrarrojo después de llevarlo del exterior al interior?

● Puede utilizarse para una comprobación general, pero las mediciones que requieren mayor precisión deberían realizarse después de que el instrumento se haya adaptado al ambiente interior, especialmente en invierno.

¿Puede afectar la temperatura ambiente a la precisión del termómetro infrarrojo?

● Sí. Las temperaturas muy altas, muy bajas, los cambios rápidos y el funcionamiento fuera del rango especificado pueden aumentar el error de medición.

¿Por qué las lecturas pueden ser inestables después de salir de una cámara frigorífica?

● El interior del instrumento puede seguir frío y también puede haberse formado condensación sobre la lente. Es necesario esperar a que el equipo se aclimate y comprobar que la óptica esté seca.

¿Por qué una superficie metálica puede mostrar una temperatura demasiado alta cerca de equipos calientes?

● Los metales de baja emisividad pueden reflejar la radiación infrarroja procedente de los equipos calientes próximos, por lo que el detector recibe energía que no procede únicamente de la superficie medida.

¿Cuánto tiempo debe dejarse estabilizar el instrumento?

● No existe un tiempo universal. Depende del diseño del termómetro y de la diferencia de temperatura. Deben seguirse las instrucciones y especificaciones proporcionadas por el fabricante.

Conclusión

La temperatura ambiente no modifica simplemente la lectura de un termómetro infrarrojo en una cantidad fija. Su influencia se produce a través de varios mecanismos, como la temperatura del detector, la compensación interna, el estado de la óptica, la temperatura real del objetivo y la radiación térmica reflejada.

En un entorno estable y dentro del rango de funcionamiento especificado, los termómetros infrarrojos modernos suelen compensar eficazmente las variaciones de temperatura ambiente.

Las situaciones con mayor riesgo de error son los cambios rápidos de temperatura, una aclimatación insuficiente, el funcionamiento fuera del rango permitido, la condensación en la lente y una fuerte radiación térmica reflejada.

Para obtener mediciones infrarrojas fiables, las condiciones ambientales deben evaluarse junto con la emisividad, la relación D:S, el tamaño del objetivo y la distancia de medición. Mantener condiciones estables y utilizar correctamente el instrumento es fundamental para obtener datos de temperatura fiables y repetibles.