Mes: marzo 2015

Introducción a la medición de temperatura sin contacto: Pirometría Infrarroja

Un termómetro o pirómetro infrarrojo (que por simplicidad llamaremos pirómetro de aquí en adelante) es una excelente herramienta para la mejora continua en las operaciones de tratamiento térmico. Como tecnología alternativa nos permite medir temperatura a distancia, por lo que en muchos casos es la solución perfecta para superficies difíciles de medir, ya sea porque el objetivo está en movimiento o porque las condiciones ambientales no permiten el acercamiento para la medición por contacto (termopar). Es una tecnología que también se percibe complicada, sin embargo, podemos perder el “miedo” comprendiendo los conceptos que a continuación les voy a compartir y con ello sacar todo el provecho a este tipo de instrumentación.

Empecemos con un ejemplo sencillo con el que todos estamos familiarizados. Las pistolas portátiles que se usan comúnmente para la medición de la temperatura del cuerpo o para el diagnóstico y mantenimiento preventivo de máquinas funcionan bajo un principio físico elemental: La cantidad de luz infrarroja que emiten los cuerpos en función de su temperatura. Un pirómetro infrarrojo es un instrumento consistente de un sistema óptico y un detector de este tipo de radiación que convierten esta información y la despliega como una magnitud de temperatura.

Para conocer mas sobre aplicaciones de medición infrarroja de temperatura: Pirómetros Infrarrojos en Tratamiento Térmico

La clave para una medición correcta consiste en el conocimiento de la superficie a medir. Como todos los cuerpos irradian energía infrarroja de diferente manera dependiendo del tipo de material, debemos introducir inicialmente un factor conocido como emisividad. La emisividad (⍷) se define como la cantidad de energía irradiada por un objeto en relación con un cuerpo negro (un objeto teórico capaz de absorber toda la energía y cuyo valor de emisividad es 1.0). La selección de la emisividad correcta representa una base sólida para el éxito o el fracaso de la aplicación y afortunadamente podemos echar mano de la literatura existente para encontrar tablas de diferentes valores en función del material a medir (ver tabla 1).

Material Emissivity Values
1.0 µm  5.0 µm  7.9 µm  8-14 µm 
Asbestos 0.9 0.9 0.95 0.95
Asphalt n.r. 0.9 0.95 0.95
Basalt n.r. 0.7 0.7 0.7
Carbon
  Unoxidized 0.8-0.95 0.8-0.9 0.8-0.9 0.8-0.9
Graphite 0.8-0.9 0.7-0.9 0.7-0.8 0.7-0.8
Carborundum n.r. 0.9 0.9 0.9
Ceramic 0.4 0.85-0.95 0.95 0.95
Clay n.r. 0.85-0.95 0.95 0.95
Concrete 0.65 0.9 0.95 0.95
Cloth n.r. 0.95 0.95 0.95
Glass
  Plate n.r. 0.98 0.85 0.85
  Gob  n.r. 0.9 n.r. n.r.
Gravel n.r. 0.95 0.95 0.95
Gypsum n.r. 0.4-0.97 0.8-0.95 0.8-0.95
Ice n.r. 0.98 0.98
Limestone n.r. 0.4-0.98 0.98 0.98
Paint (non-Al.) 0.9-0.95 0.9-0.95
Paper (any color) n.r. 0.95 0.95 0.95
Plastic
  Opaque n.r. 0.95 0.95 0.95
  Over 20 mils n.r.
Rubber n.r. 0.9 0.95 0.95
Sand n.r. 0.9 0.9 0.9
Snow n.r. 0.9 0.9
Soil n.r. 0.9-0.98 0.9-0.98
Water n.r. 0.93 0.93
Wood (natural) n.r. 0.9-0.95 0.9-0.95 0.9-0.95

Tabla 1. Valores de emisividad para distintos materiales

Partiendo de esta información, podemos empezar a disipar algunos mitos sobre la utilización de pirométros infrarrojos:
  1. La radiación que emite un pirómetro es dañina para la salud? Falso. Como hemos aprendido, este tipo de instrumentos no emite radiación, sino por el contrario la detecta y la mide. Muchos equipos cuentan con un  láser cuya única función es facilitar el enfoque del objetivo, sin embargo dicho láser no emite radiación nociva y se deben tener los mismos cuidados que con un apuntador láser común.
  2. Se puede medir cualquier cosa con un pirómetro infrarrojo? Falso. La consigna en medición sin contacto es “si se puede ver, se puede medir”. Sin embargo existen algunos materiales que presentan dificultades para la medición de su temperatura debido a sus propiedades ópticas. Caso específico del aluminio que presenta una emisividad promedio de 0.2 y cuya aplicaciones con instrumentos infrarrojos son limitadas.
Lo importante aquí sigue siendo la consideración del factor de la emisividad (⍷) puesto que el error mas común en campo es usar el mismo valor para medir diferentes superficies. Por ejemplo, si se desea medir una superficie de acero y a continuación un material diferente como concreto, madera, piel,etc. se deberá introducir el valor de la emisividad correspondiente, o de lo contrario se generará un error de medición asociado al uso del factor incorrecto. Nuestra recomendación es siempre apoyarse con el proveedor de estas tecnología para considerar ésta y todas las variables asociadas a este tipo de tecnología.

Para conocer mas sobre la teoría de medición infrarroja de temperatura: Medición de temperatura sin contacto

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Victor Zacarias

Víctor Zacarías is a Metallurgical Engineer from the University of Queretaro with studies in Strategic Management from Tec de Monterrey. With over 15 years of experience in Heat Treatment Management, he is currently the Managing Director of Global Thermal Solutions México. He has conducted numerous courses, workshops and assessments in México, United States, Brazil, Argentina and Costa Rica. He has been member of the AIAG Heat Treat Work Group (CQI-9 committee) and the SAE Aerospace Materials Engineering Committee (AMS2750).

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